掌握自由落体的秘密，是不是可以当赌神？| 正经玩

中科院物理所

23分钟前

　　抱枕、硬币、小球...人类怎么总喜欢扔东西？

　　扔东西也得讲科学嘛

　　扶眼镜）今天小编就来研究一下

　　实验器材

　　所标杯、长方体（抱枕）

　　实验过程

　　众所周知

　　一个长方体拥有三个旋转轴

　　我们用自由落体的方式

　　来模拟失重条件下

　　长方体围绕三个旋转轴的旋转状态

　　首先沿转动惯量最小的轴旋转

　　注意到抱枕抛起前标签在右侧

　　落下后标签仍在右侧

　　然后沿转动惯量最大的轴旋转

　　与上一次实验一样

　　抱枕抛起前“脸”面向左侧

　　落下后仍面向左侧

　　最后沿中等转动惯量的轴旋转

　　发现抛起前耳朵在左侧

　　落地后耳朵在右侧

　　当然

　　做实验嘛

　　难免会出现一些意外情况

　　原理解说

　　我们的方形玩偶以三个不同的取向为旋转轴，具有不同的转动惯量。读大学或者学过高中竞赛物理的朋友们会知道，转动惯量计算公式为：

　　至于还在读中学的朋友们

　　我们暂时只需要记住，方形玩偶的这三个转轴对应的转动惯量的大小关系为：

　　I1＞I2＞I3

　　在抛接玩偶的过程中我们发现，I1和I3对应的旋转都是比较稳定的（即上抛和下落过程中玩具的只绕指定的转轴旋转，可以参考玩具的黑色小耳朵），而I1和I3对应的旋转，则发生了绕其他轴的翻转。

　　这就是所谓的贾尼别科夫定理，即物体围绕最大和最小主轴转动时，转动是稳定的，而围绕中间轴转动时，转动是不稳定的。

　　图片来源网络

　　在转动过程中，由于非理想条件（比如旋转轴的微小晃动）导致角速度在另外两个主轴上有分量。当旋转轴为最大（或最小)主轴时，可以利用欧拉方程计算得到，此时物体在另外两个主轴方向上的运动为微小的简谐运动：

　　因此在宏观上处于一个稳态。而当旋转轴为中间轴时，物体在其他两个主轴方向的运动状态为：

　　因此整个旋转是不稳定的。