溜溜球的设计改进 方法

一直以来,溜溜球都是广受欢迎、经久不衰的玩具。早在2500多年前,古希腊人就开始玩溜溜球,但也有证据表明,中国人在那之前就有了类似玩具。不管怎样,都证明溜溜球的历史非常悠久——除洋娃娃外,比其他任何玩具都古老。

岁月变迁,溜溜球的设计也几经修改。最初的设计是将绳子紧系于轮轴上,这种设计一直流行到20世纪初,而且在十八九世纪的欧洲风靡一时,当时还有过很多名字,如bandelore、quiz和L'emigrette。

现代溜溜球于20世纪20年代从菲律宾传入美国(见下图),其绳子只是环绕在轮轴上。要理解这种差别的重要性,先看看两种溜溜球运用的物理原理。

最初的溜溜球在设计时是将绳子紧系在轮轴上。而现代溜溜球只是让绳子环绕在轮轴上,这样溜溜球就能“悬停”。

无论哪种溜溜球,玩家都会把绳子紧紧缠绕在轮轴上。溜溜球在玩家手中时,具有一定的势能(位置能量)。这种势能分为两种不同形式:

溜溜球被持在空中,因此具有落向地面的势能。

绳子环绕着溜溜球,因此放线时有旋转的势能。

玩家投放溜溜球时,上述两种形式的势能都会转化为动能。溜溜球的线轴垂直落向地面,形成一定的线动量(直线中的动量)。同时绳子展开、线轴旋转,形成角动量(旋转的动量)。

当溜溜球到达绳子底端时,就不能继续下降了。但由于它还有很多角动量,因此会继续旋转。

旋转运动让溜溜球获得陀螺稳定性。物体旋转时外力会随物体本身一起移动,因此物体能抵抗对转动轴的改变。例如,如果在转轮顶端的某点推一下,当这个点移到转轮前端时,施加的力依然存在。受力点继续移动,并最终对转轮的底端施力,从而与最初施加在顶端的力自行抵消。因此,只要溜溜球的旋转速度够快,就能使其转轴与绳子保持垂直。(请参阅陀螺仪原理了解更多信息。)

如果按最初的设计将绳子紧系在轮轴上,那么旋转的轮轴就会抓紧绳子并开始重新绕线,溜溜球也会沿绳子向上攀回。溜溜球重新绕线产生的摩擦力会损失能量,因此玩家必须稍稍拖曳绳子补偿能量。

而现代溜溜球的绳子只是环绕在轮轴上,因此二者间的摩擦力变小了。线轴完全展开时,并不会自动弹回,只会空转。要让溜溜球重新绕线,玩家只需用力拉一下绳子。拉绳会暂时增加绳子和轮轴之间的摩擦力,于是轮轴开始重新绕线。只要开始绕线,这种溜溜球就能像早期的溜溜球一样回到玩家手中。

让溜溜球的线轴在绳子底端旋转——或“悬停”,是这种游戏一个颇为有趣的挑战。溜溜球玩家在让线轴悬停的同时,还要用绳子做出各种形状,并让溜溜球围着自己转动。另一种技巧是“遛狗”——在收回溜溜球之前让旋转的线轴沿地面滚动。