春天怎么受得了一个煮鸡蛋?
这是一个奇怪的现象,直到2002年物理学家才发现原因——一个非常复杂的数学解释。现在,一位物理学家对煮熟的鸡蛋旋转站立提出了一个简单的解释。
悉尼大学的罗德·克罗斯(Rod Cross)解释说:“科学家对旋转鸡蛋的研究已经超过100年,但对这一现象没有简单的解释。基础物理无法向一个本科生或物理老师解释,因为方程预测鸡蛋会站起来,所以它站起来。”
部分问题在于没有足够的实验测量来确定鸡蛋逐渐直立或因转速不足而停止的过程中滑动和滚动摩擦的独立作用。
事实证明,实际发生的是鸡蛋绕着两个轴旋转,而不是一个轴。
在桌子上放一个鸡蛋,鸡蛋会倒向一边,略尖的一端略向上。如果你给它一个慢的旋转速度,它会绕着一个贯穿鸡蛋的轴旋转,也就是垂直于桌面的短轴。
虽然物体通常是绕着自己的质心旋转的,但是由于鸡蛋的形状,其质心并不与鸡蛋开始旋转的点重合,也就是与桌子接触的点。
其质心与接触点的差异导致鸡蛋开始晃动,进而使其逐渐站立,旋转过程中短轴的角度开始倾斜。
短轴的角度变化称为进动,进动是用来描述旋转轴方向变化的术语。短轴的进动是正常反应的结果(桌子的接触点和鸡蛋之间的反应)。
然而,你可以看到,如果你仔细观看下面的视频,当鸡蛋绕着它的短轴旋转时,它也会以非常慢的速度绕着一个更长的,几乎是水平的轴旋转。
这种绕长轴的旋转是由于短轴的进动,这个第二轴的角度随着鸡蛋的旋转而变化。同时,摩擦力也会使鸡蛋旋转后长轴进动。
克罗斯指出,摩擦力在改变鸡蛋的旋转角度方面起着重要作用,这会导致钝端上升,鸡蛋会“立起来”。
图片来源:修改自rod cross/欧洲物理学杂志
但当鸡蛋开始摇晃时,它克服了摩擦力的制动,使其保持直立。这使得较短的轴,即第一轴,再次成为最重要的旋转轴。在克罗斯的新论文中,他发现用于描述鸡蛋直立和翻转陀螺进动的方程在形式上是相同的。
他的实验还在他的网站上证实,旋转越快,鸡蛋站得越直,如果旋转太慢,就不会产生足够的摩擦力。
如果你想在家里试着旋转一个鸡蛋,首先要确保它是煮熟的——因为生鸡蛋的质心会随着液体的流动而改变。
他的论文发表在《欧洲物理学》杂志上。