旋转，跳跃，我闭着眼，大爷大妈看了都说学不来！| 正经玩_风闻

原创：中科院物理所

作为一个重度选择障碍者

每次纠结的时候真的仿佛一个摆钟

今天我们就一起来做个最纠结的摆

实验器材

所标杯、彩虹圈、支架、胶带、橡皮泥、竹签

实验过程

我们来看一下彩虹圈有什么性质：

我们先让彩虹圈自然下垂，

轻轻击打一下彩虹圈底部

或者用彩虹圈轻轻撞一下桌角

我们看到彩虹圈底端从一个方向的扰动

逐渐变成杂乱的椭圆运动

这其实就是一个耦合的现象，

通过弹簧螺旋的结构

将一个方向的扰动传递至了各个方向

而韦氏摆其实就是一个耦合现象的极致

那我们再进一步

在彩虹圈底部粘住一个尺子

将尺子抬起一定的高度然后松手

我们看到下落的到底部的时候

尺子开始转动了起来

这种伸缩-旋转的耦合

便是韦氏摆的雏形

我们可以改变弹簧的长度以及释放的高度

再试试看

我们可以发现在合适的长度时

尺子的转动幅度先是增大然后减小

在减小至停下片刻之后又开始转动

当然这个尺子的转动惯量有点小

吸收不了全部的伸缩方向的动能

我们可以用绑着橡皮泥的竹签试一试

在竹签飞速旋转的时候

弹簧的伸缩几乎暂停住了

感觉非常地奇妙

并在旋转减弱时

逐渐恢复了伸缩的振动

原理解说

由于彩虹圈螺旋状的结构，无论进行伸缩、摆动还是转动都会通过内部形变而产生的张力传递至各个方向上，所以它们之间会互相耦合。而当耦合的两种振动模式的频率相近，产生共振时，互相之间传递能量的速率最大。

随着彩虹圈长度的不同，伸缩方向的振动频率变化很大，转动方向的频率变化相对较小。所以可以找到一个两者接近的值，让两种振动模式的动能更好地传递。

当然相比于理想的实验装置，比如质量忽略不计的弹簧，彩虹圈的质量带来的影响是很多的，比如彩虹圈在伸缩方向除了末端的振动还有内部的机械波，并且在挂着的物体较轻（比如尺子）时，旋转的振幅会非常受限。