Ein Ehering dreht sich mehr wie ein Bumerang als eine Münze

Drehen Sie eine Münze auf einer flachen Oberfläche, und es Spiralen viel wie einen Planeten um einen Stern – zumindest bis es aus Dampf läuft und Rasseln zum Stillstand auf dem Tisch. Aber Spinnen einen Ehering genauso, und es wird eine überraschende abrupte Wendung, nach einer Flugbahn, die eher wie ein Bumerang.

Das ist das Ergebnis von einem neuen Papier in Physische Überprüfung E die Finger eine unerwartete Veränderung in den Ring der Luftwiderstand als die Schuldigen nach Erstautor Mir Abbas Jalali, Physiker, angewandte Mechanik an der University of California, Berkeley studiert. "Alle wichtigen Entdeckungen der rigid Body Dynamics im 18. und 19. Jahrhundert gemacht worden, und wir dachten, dass dies ein seltenes Phänomen ist, das seit Jahrzehnten und Jahrhunderten vielleicht unbemerkt geblieben," sagte Jalali Gizmodo per e-Mail.

Jalali stolperte über dieses rätselhafte Verhalten beim Grübeln ein verschiedenen Forschungs-Problem in seinem Büro. Er zerstreut entfernt seinen Ehering auf seinem Schreibtisch gesponnen und war überrascht zu sehen, dass es eine retrograde Wendung gemacht, wie es gesponnen, eher wie die Flugbahn der Bumerang als die Münzen, die er in der Regel während tief in Gedanken gesponnen. Wenige Wochen später, sein Kollege Berkeley Reza Alam – Co-Autor auf dem neuen Papier — Jalali und seine Frau zum Abendessen eingeladen und Jalali demonstriert den Effekt. Es wurde Alam, der vorschlug, dass sie Experimente und Film führen verschiedene Spinning Ringe um besser ihre Flugbahnen zu plotten.

Erstens benötigt sie ein paar Trauringe, so Alam von Amazon.con bestellt. Offenbar erinnert der Einzelhändler "dachte eine Masse Engagement war im Gange, und die Ringe in ausgefallenen Geschenk-Boxen verpackt" Jalali. Dann nahmen sie die drehende Bewegung der Hochzeit Ringe mit einer Highspeed-Kamera zu überprüfen, ob das Verhalten entsprach. Für die eigentlichen Experimente machten sie eigene perfekt zylindrische Ringe von verschiedenen breiten und dicken, aus einer Röhre geschnitten. Sie können Probe Aufnahmen ihrer Experimente unten sehen:

Sehen Sie, wie der Weg von den spinnenden Ring allmählich beginnt wieder spiralförmig? Es erinnert uns an wie ein Bumerang schließlich Richtung an die Person zurück kehrt, es warf. Der Schlüssel zu diesem Verhalten in Bumerangs bekannt als gyroskopische Präzession. Ein Flügel bewegt durch die Luft schneller als der andere, wie der Bumerang nach vorn, reist ein Ungleichgewicht der Kräfte: gibt es mehr Auftrieb auf dem oberen Flügel, und dieser Unterschied ergibt sich ein Drehmoment, den Bumerang zurück um während des Fluges eine Schleife verursacht.

Die Erklärung für den Ehering Verhalten ist ein wenig anders. Eine rotierende Münze wird fangen eine dünne Luftschicht zwischen den unteren Rand und die Oberfläche, auf die es sich dreht. Das gleiche geschieht, wenn Sie einen Ring drehen, außer jetzt du ein großes Loch in der Mitte hast. Damit der Luft einen Fluchtweg und fließt durch das Loch, die Reibungskräfte zu ändern, damit der spinnenden Ring Richtung wechselt.

Vielleicht diese Erklärung scheint offensichtlich im Nachhinein, aber "Keiner unserer Kollegen waren in der Lage, den Ursprung der retrograden Jahrhundertwende vorherzusagen", sagte Jalali. "sie alle dachten, Schlupf (die üblichen Verdächtigen) ist die Hauptursache."

Es wird oft gesagt, dass wissenschaftliche Entdeckung beginnt nicht mit einem triumphierenden Schrei der "Heureka!" aber eine unerwartete Beobachtung, unterbrochen von einer verwirrten, "huh... das ist lustig." Und es hilft, um ein Gefühl der Play-along mit natürlichen Neugier zu fördern. Jalali Geschichte der Feststellung etwas Ungewöhnliches, wenn er seinen Ehering gesponnen erinnerte mich an eine bekannte Anekdote von Richard Feynman.

Als er einem jungen Physikprofessor in Cornell in den späten 1940er Jahren, war Feynman in einer kreativen Krise science-wise. Eines Tages war er in der Schulcafeteria faulenzen, wenn ein Spaßvogel eine Platte in die Luft warf. Es trug Cornells Markenzeichen rote Medaillon Siegel auf der Felge, und Feynman bemerkt eine deutliche wackeln wie die Platte in die Luft ging. Er sah auch das rote Siegel drehte sich um. Die wackeln der Platte war schneller als dessen Spin. Neugierig geworden, Feynman berechnet das genaue Verhältnis zwischen den beiden, und festgestellt, dass dieser Effekt trat auf, wenn die Platte sehr leicht angewinkelt war. Kolleginnen und Kollegen der Sinn der Übung befragt er bestand, hatte er keine Bedeutung: "Es ist just for Fun!" Aber es ihn aus seinem kreativen Einbruch zog, und er ging auf einen Nobelpreis gewinnen.

Im Gegensatz zu Feynmans drehenden Platte Spinnen Ehering Experiment wird voraussichtlich in die Verbesserung der Gestaltung der verschiedenen Objekte der realen Welt als nützlich erweisen – wie Schnellboote, Schnellboote oder Rennwagen – um ein besseres Gleichgewicht zwischen dem Duell Kräfte der Reibung und Aerodynamik zu erreichen, wie sie über eine Oberfläche Zip. "Ein Frisbee betrachten", erklärt Jalali. "Je nachdem, wie Sie es zu werfen, kann es in komplexen Bahnen bewegen. Nach unseren Ergebnissen die Flugbahn noch komplexer wird in Bodennähe."

Letztendlich nahm Jalali seine eigene Lektion aus dem Trauring-Experiment. "In der Natur um uns herum gibt es viele ungelöste Probleme," sagte er. "Wir nicht immer müssen uns ausstatten, mit fortschrittlichen Einrichtungen machen Entdeckungen und Anwendungen für sie zu finden. Sogar ein fallenden Blattes kann inspirierend sein."

Referenzen:

Feynman, Richard (1985). Du machst wohl Witze, Mr Feynman, s. 157-158

Jalali, M.A., Sarebangholi, M.S., und Alam, M-R. (2015) "terminal retrograde Wende des rollenden Ringen," Physische Überprüfung E, 92:032913.