抛掷塑料瓶的热潮2016年充斥在互联网上,各个年龄段的人都尝试把塑料瓶扔到空中,他们的目的很简单:抛掷瓶子,使其完成至少一次翻转并直立起来。
这个技巧比它看起来要难得多。但是现在没有必要去比试了,因为瓶子翻转变得更加容易了。这要感谢荷兰特文特大学一年级物理系的学生们。这些学生进行了一系列的观察和试验,提出了一个精确设定条件的公式,使得水瓶可以实现完美翻转。
这个秘密就藏在装了一半水的瓶里。学生们在9月19日的《美国物理杂志》上发表文章说,当液体在投掷和翻转过程中旋转时,水会重新分配瓶子的质量。根据这项研究,只需在瓶中加入适量的水(根据容器的大小而变化)可以在每一次投掷中实现一个完美的翻转。
要理解这个实验背后的物理原理,想想花样滑冰运动员原地旋转时,当他们把手臂靠近身体时,他们的旋转速度要快得多。在瓶子翻转的过程中,随着水在瓶子里扩散时(就像花样滑冰运动员伸展手臂一样),相反的情况发生了:旋转变慢了。
在物理学中,这被称为角动量守恒。如果有适量的液体来减缓瓶子的旋转速度,容器就会失去旋转速度,并且会在水平位置停下来。该研究报告的作者们报告说,这一策略在接近垂直的下降过程中达到了顶点,随后是平稳着陆
液体(或网球)的重新分配会减慢瓶子的旋转速度,使其直立下落。
但液态水在方程中难以量化。除了测试状液体的瓶子外,学生们还使用一个装有网球的圆筒进行试验。这些物体的重新分配方式与水的方式大致相同。 物理系的学生们惊讶地发现,理论上的网球模型可以非常准确地预测翻转水瓶的路径。学生制作了视频并在YouTube上进行了分享,无论容器中是液体还是网球,实验结果都是一样的:完美的垂直着陆。学生们发现,最可靠的翻转来自于大约20%到40%体积装满的瓶子。这一结论得到了互联网上瓶子翻转爱好者的验证,当水瓶中从四分之一满到三分之一满时,水瓶翻转直立的成功率达到最高。
虽然这个实验的主要目标是物理理论的实际应用,但学生们在追求科学知识的过程中学会了创造性思维的重要性,而无须害怕在抽象的理论领域外思考。
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