探秘熟鸡蛋旋转时自动竖立.docx

探秘熟鸡蛋旋转时自动竖立01111202班 李晨迪 1120120037摘要：生活中将鸡蛋平放旋转，看其是否会竖立起来是判断鸡蛋生熟的一个小方法。实际上，在这个看似违背常理的生活现象中隐藏着重要的力学原理，本文将运用力学平衡的知识分析这一现象产生的原因，以及产生这一现象与地面粗糙程度及鸡蛋转速的关系。关键词：鸡蛋 旋转 竖立 力矩一、问题的提出课堂上老师展示的一段视频引起了大家的兴趣，视频中，一个鸡蛋平放在地上，在鸡蛋两端施加一个力偶后鸡蛋会绕短轴旋转，但是在旋转过程中鸡蛋会不断调节转轴，并且在最终竖立起来之后达到稳定旋转。这看起来似乎是违背物理常识的，因为鸡蛋重心升高了，就好像凭空地增加了能量。那么，为什么会产生这一现象？这部分能量究竟从何而来？鸡蛋从水平到直立需要的时间与什么有关呢？生鸡蛋为何不会出现这一现象？下面我们就来分析一下这一现象中蕴含的力学原理。二、原理分析1、实践操作将熟鸡蛋水平放在较光滑的平面上，使其绕短轴旋转；再将同一个鸡蛋平放在较粗糙的平面上，使其绕短轴以相似速率旋转。观察发现后者由水平到竖立所需的时间明显较短。因此，可以推断摩擦力在此运动过程中起着重要作用。2、理论分析NrAMfyxo在竖直平面内，以质心为原点O建立平面直角坐标系oxy固连于鸡蛋。当鸡蛋绕y轴高速旋转时，由于鸡蛋质量分布不均匀，微小扰动将使x轴将发生倾斜而不再水平，形成如图所示状态，此时鸡蛋与地面接触点记为A。水平面粗糙，因此给鸡蛋一个沿水平面的摩擦力f，则该摩擦力对O点的力矩M在oxy平面内。鸡蛋转动一周力矩对O点的作用效果之和为0，支持力N对O点产生的力矩很小，在此忽略不计，因此，将质心视为定点，则有Mx=Jxx x=MxJxMy =Jyy y=MyJy由图知Mx为正，My为负x=0tx dt=0tMxJx dt0y=+0tydt=+0tMyJy dt由上式可知x将逐渐增大，y将逐渐减小为0，也就是说将逐渐向x轴方向偏移，而远离y轴，因此，鸡蛋将逐渐直立起来。因为M=mgr,由式y=+0tydt=+0tMyJy dt可知，鸡蛋竖立起来的时间即y减小到0的时间，与初始角速度成正比，与和r成反比，即初始角速度越小，接触面越粗糙，鸡蛋线度r越大，鸡蛋直立起来所需的时间越短。再来分析此过程中能量的转化。转动物体的动能E=J2，将鸡蛋近似为椭圆，则JxJy，因此，鸡蛋的动能减小，转化为鸡蛋的重力势能。而对生鸡蛋而言，由于其内部为液体，蛋黄与蛋清之间以及蛋清与蛋壳之间存在粘滞阻力，这样就存在了阻碍鸡蛋转动的力，因此，生鸡蛋旋转时受力与熟鸡蛋不同，因此现象也会有所不同。三、生活应用大家都知道生活中鸡蛋的存放方式都为直立存放，这与得到的结论也是相吻合的，即在受到外力扰动时，鸡蛋处于直立状态时比平放要稳定，因此在平时的鸡蛋存放与运输中，鸡蛋都为直立状态。四、启示通过对鸡蛋旋转直立这一有趣现象的探讨，我对力学知识有了更深的理解，同时也认识到生活当中处处都存在着有趣的力学小知识，不光是理论力学，我们在学习任何一门新知识的时候都要学以致用，善于从生活中发现问题并积极探索，