溜溜球,又稱悠悠球,是一項花式紛繁、極具觀賞性的手上技巧運動。據傳起源於菲律賓狩獵民族在狩獵和戰鬥所使用的武器——繩子前端懸掛著重物,並且Yo-Yo在菲律賓的土語塔加路語中是「回來」或「去回來」的意思。那麽,溜溜球在甩出去之後是如何回來的呢?
如圖所示,傳統的溜溜球中單股繩直接系在輪軸上,將溜溜球的輪軸和輪盤看作一個剛體,在溜溜球被向下甩出的過程中,在重力和人給予的初始沖量的作用下向下運動,同時由於重力和繩子對其的力矩作用開始轉動,重力勢能逐漸轉換成平動動能和轉動動能,隨著重力勢能的減少,下落的速度越來越快,轉動的速度也越來越快。當細繩全部展開後,下落速度和轉動速度達到最大值,這時原來的重力勢能完全轉化為平動動能和轉動動能。
由於轉動慣性的作用,在最低點時溜溜球還會繼續旋轉,但此時細繩已經全部展開,溜溜球已不可能繼續往下走,由於細繩與輪軸是固連的,繼續旋轉就會從另一個方向開始纏繞細繩,開始爬升,即所謂的「自己滾上來」。但由於細繩不是完全彈性體,在溜溜球轉向的過程中平動動能有所損失,在向上運動時不會回到初始位置,因此需要在初始時將悠悠球「甩」出去或在最低點時迅速提一下細繩以補充能量損失。
為了使溜溜球在最低點處懸停足夠長的時間來完成一些高難度動作,發展了一系列現代化溜溜球——軸承型、離合型溜溜球等。其原理與圖中的現代溜溜球基本一致,細繩與輪軸沒有直接固連,在最低點時輪軸能夠繼續克服細繩對其的摩檫力旋轉而不纏繞細繩。為了使溜溜球滾上來,有時需要提一下細繩,使得輪軸與細繩接觸的地方壓力增大,對應摩檫力增大,大於靜摩擦力時即會使細繩開始纏繞輪軸,進而開始爬升,回到玩家手中。
與麥克斯韋滾擺類似,不考慮空氣阻力和細繩在下落及懸停時對輪軸的摩檫力,並且細繩是完全彈性的在無阻力情況下,自由釋放的溜溜球會每次都會到原來的高度。
補番推薦:【超速YO-YO】;【火力少年王】——想當年小編還是手握火鳳萌新呢!
參考:溜溜球的力學原理
BY 中科院物理所 勿用