磁悬浮陀螺是个好东西(见下图),淘宝上到处都是,物美价廉。经过一番不懈的尝试,有很多人能够亲眼看到一个旋转的陀螺在空中飘荡,神仙的生活大概如此。然而,悬浮陀螺虽然很多朋友都玩过,用中文却搜不到关于它为什么能漂浮在空中的正确解释。
观点一:有人说,两块磁铁异性相吸,同性相斥,自然就能悬浮起来了。这显然是不对的。要不然,我们费那个劲去旋转它干嘛?
观点二:有人说,不旋转的话不能稳定的飘在空中。但是正如一个旋转的陀螺不会倒一样,旋转的磁陀螺就能够稳定地飘在大磁铁上空了。物理学家说,陀螺这种不会倒的性质是由于角动量守恒。
嗯,这个说法似乎有点道理。但是让我们仔细推敲一下为什么它也不对。
要理解第二种说法的错误,还得从第一种说法的错误开始。有一个神奇的定律(Earnshaw’s law,恩绍定律)证明了,静电力,静磁力,引力(牛顿定律所描述的引力)的任意组合是不能让一个物体处于稳定平衡状态的。
什么是稳定平衡状态?一个小球处于碗底就是稳定平衡状态,即无论你朝哪个方向轻轻地推它 ,它都能回到碗底,物理学家说,这是因为小球的重力势能在碗底有一个最小值。物体喜欢呆在势能最低的地方,俗话说,水往低处流。有稳定的平衡那就有不稳定 平衡。什么是不稳定平衡呢?把一个小球放在一个大球顶上就是一个例子。这种情况下,你稍微对小球吹一口气它就出溜下去,回不来了。物理学家说,这是因为小 球的重力势能在球顶上是最大值,它呆
观点二:有人说,不旋转的话不能稳定的飘在空中。但是正如一个旋转的陀螺不会倒一样,旋转的磁陀螺就能够稳定地飘在大磁铁上空了。物理学家说,陀螺这种不会倒的性质是由于角动量守恒。
嗯,这个说法似乎有点道理。但是让我们仔细推敲一下为什么它也不对。
要理解第二种说法的错误,还得从第一种说法的错误开始。有一个神奇的定律(Earnshaw’s law,恩绍定律)证明了,静电力,静磁力,引力(牛顿定律所描述的引力)的任意组合是不能让一个物体处于稳定平衡状态的。
什么是稳定平衡状态?一个小球处于碗底就是稳定平衡状态,即无论你朝哪个方向轻轻地推它 ,它都能回到碗底,物理学家说,这是因为小球的重力势能在碗底有一个最小值。物体喜欢呆在势能最低的地方,俗话说,水往低处流。有稳定的平衡那就有不稳定 平衡。什么是不稳定平衡呢?把一个小球放在一个大球顶上就是一个例子。这种情况下,你稍微对小球吹一口气它就出溜下去,回不来了。物理学家说,这是因为小 球的重力势能在球顶上是最大值,它呆