中间轴定理中的“中间轴”并非指外部形状的“对称轴” , 而是绕重心旋转时 , 转动惯量介于“最大惯量”与“最小惯量”之间的轴 。 正因为如此 , 网球拍绕球拍的轴(下图左的X轴)旋转是稳定的 , 因为此时它的转动惯量最小;而T形扳手绕X轴旋转最不稳定 , 因为它的转动惯量比Z轴大比Y轴小 。
在这里 , 网球拍的Y轴是中间轴 , T形扳手的X轴是中间轴 。
中间轴不是“中间的轴”
在苏联公开“贾尼别科夫效应”之后 , 各国宇航员在太空就地取材做了大量实验 , 有用T字形扳手的:
T字形扳手翻转
有用带柄螺栓的:
带柄螺栓翻转
还有用剪线钳的:
钳子也会因旋转而翻转
看着这些小东西在空中翻来翻去挺有趣 , 我们的航天员在工作间隙也会拿工具试一试 , 然而看起来叶光富的尝试遇到了“挫折” 。 或许是他那个T字形扳手的杆比较长、手柄又很轻 , 在旋转时处于最小惯量 , 所以它不会“翻跟斗” 。
飞行中的子弹能保持稳定 , 也因为它的自转轴是最小惯量轴 , 并且子弹的飞行时间很短 。
叶光富的T形扳手不会翻转
那么 , 我们需要担心哪一天地球的南北极突然对调吗?
别看地球24小时才转一圈 , 它的角速度不快 , 但地球表面的切线速度可一点都不慢 。 地球赤道周长达到40075公里 , 如果你在新加坡 , 一秒钟就被带着“走”463米 , 超过340米/秒的音速!假如地球也像贾尼别科夫捏的橡皮泥球那样突然翻转 , 不仅会掀起滔天巨浪 , 连地壳都会掀翻 , 那绝对是一场灭顶之灾 。
与叶光富的板手不同 , 地球的自转轴是最大惯量轴 。 因为地球是一个两极稍扁、赤道略鼓的椭球体 , 赤道半径比极半径长约22千米 , 这确保了地球自转的相对稳定 。
地球的地理南北极不会对调
严格地讲 , 地球不是一个理想的自转体 , 它表面不平滑 , 有高山、平原、峡谷和海沟 , 有人说它像大鸭梨 。 但你要是把地球等比例缩小到篮球那么大 , 就会发现它其实比篮球要光滑许多;地球不是理想的刚体 , 它的内核包裹着几千公里厚的铁水 , 地幔也是有弹性的;地球表面大约有70%的面积被海水覆盖 , 海洋也是地球自转的天然“稳定器”;在距离我们38万公里的地方 , 月球对地球的潮汐引力也是地球稳定自转的重要因素 。
所以你大可不必担心地球突然反转 。
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