Sunday, April 16, 2017

反地心吸力的陀螺

陀螺有自動平衡的特性,經常看到這個用繩綁住單車輪的一端然後轉動車輪使它好像浮在空氣的樣子,這次我也來試試這實驗。




注意:因機構高速轉動,必需戴好護眼鏡才可開動馬達,否則有Lego件鬆脱飛出時可能後果嚴重。



首先需要用馬達來產生動力,陀螺的平衡其中是因為高速轉動。根據Philo的資料(http://www.philohome.com/motors/motorcomp.htm ),手上這個Power Function Motor 是185rpm, 如果加兩級1:5的齒輪就可把轉速提至 185x5x5=4625,這只是簡單計算,實際因負載引至速度偏低了多少就不知道了,除非有測轉速的儀表,否則陀螺能平衡就可以了。



那麼能否加多幾級齒輪使陀螺更高速地轉呢?事實上,馬達除了轉動陀螺外,也要帶動一大堆齒輪,其中能量的損耗不少,轉速可能不昇反跌,所以就用兩級齒輪算了。



馬達跟電池簡單地裝在一起,輸出端的構造是用來攪動陀螺的:





那個陀螺就用一個車輪造,這欵車輪大小重量適中,比較合用。車輪上方加了個 Technic Knob Wheel 來配合馬達機構的轉動。另一端就用線把它吊着。線不用太長,否則擺來擺去難控制。



陀螺只轉了不到十秒就掉下來了,主要是摩擦力大,Lego 件是塑膠造的,玩了幾回已看到因高速轉動的摩擦力引至磨損。


至於陀螺是如何在那幾秒裡作出反地心吸力的行為,可以到以下網站看看簡單來說,陀螺自轉時的扭矩及地心吸力引至的扭矩,會引至陀螺產生Precession動作,若這動作能自由地運動,陀螺就可平衡了。http://www.tpub.com/neets/book15/63a.htm


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