
把硬币立着旋转,它会逐渐倾倒,最后发出越来越急的响声。看起来像“越转越快”,其实要分清两种运动:硬币绕自身轴的转动总体在减慢,而倾斜的轴和接触点绕竖直方向转圈,这叫进动;临停前加快的是后者。
硬币较直立时,重心较高,倾角变化一次要走较大的空间。能量被摩擦和滑动不断带走后,硬币越来越贴近桌面,重心降低,接触点绕行的圆变小。同样由重力产生的力矩,可以在更短路径和更小倾角中完成一次绕行,于是进动频率升高。你听见的“嗡嗡”加速,正是接触和轻微撞击越来越密集。
这并不违反能量守恒。频率变高不等于总动能增加;运动幅度在缩小,硬币也持续把机械能转成热、声和桌面的微小振动。实验显示,在常见表面和实验条件下,滚动或滑动摩擦是主要耗能机制,空气阻力的相对作用取决于阶段与模型。最后,连续滚动被滑动、弹跳和材料变形打断,硬币突然躺平。它不是获得了最后一阵能量,而是在越来越小的运动中更频繁地摆动。
https://www.nature.com/articles/35009017
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.66.045102
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