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“循环摆”是什么? 循环摆是什么东西

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我们先来看一个实验,在棉绳的一端系一个铁片,然后在另一端系一大串铁片,下面把绳子搭在一个架子上,用手拉着轻的这头,让中的内头自然的悬挂起来。

想象一下如果这个时候松手会发生什么呢?让人意外的是,重物并没有落地,而是稳稳地停了下来,与此同时,另一端的小铁片还在杆子上绕了好几圈。

当然,你也可以把铁片换成咖啡杯或者勺子,玩一个整蛊游戏,让小伙伴把手放在咖啡杯的下方,相信在松手的那一刻,他绝对能体会到心跳的感觉。

还有勇士直接将十公斤重的杠铃片悬挂在了身体上方做实验,我们能够清楚的看到,在重物停下时,他到实验者的肚子仅仅只剩两个拳头的距离。

那么问题来了,在这些实验当中,为什么质量较轻的内端总能实现悬崖勒马的效果呢?回想一下我们在中学学过的定滑轮。

如果站在轮子下方直直地拉着绳子,那么松手后重物肯定会掉落下来。

而观察刚刚的几个实验,你会发现每位实验者在拉拽绳子时都是倾斜的,所以初始条件的改变导致了后续现象的发生。

我们可以画一个简单的模型分析一下,假设轻物的质量是小M,重物的质量是大M,手拉那次的绳长为L,它与水平面的夹角为西塔。

为了方便计算,可以忽略金属管的直径、绳子的质量、绳子与金属管之间的摩擦等等,并且默认绳子在整个过程中一直处于紧绷状态,这样就可以对两个物体分别列出方程,最终整理出一个拉格朗日方程。

这些等式看起来非常复杂,我们可以把C塔等于零代入进行数值求解。

从这张动态图中不难看出,两个物体的运动轨迹及再松手后不久,轻雾就发生了旋转。

如果你觉得这还不够直观,可以在做实验时将一个小灯珠粘在铁片上,那么黑暗环境中用相机就能够拍摄到轻物的运动轨迹了。

不过话说回来,为什么他只是旋转几圈就能阻止重物的下落呢?其实在旋转的过程中,金属管就相当于一个脚盘,在上面缠绕了几圈绳子后,由于摩擦力和张力的相互作用,其实我们这一侧只提供了一个很小的力,但在绳子的另一侧却可以获得一个非常大的力,这就形成自锁,让重物在落地之前不得不停下来。

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