【不能不逛】叛逆反轉棒-凱爾特石(顏色隨機)－陳雅琪的生活時報

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你說什麼!?角動量守恆定律被打破了?這個超經典的科學玩具，當你以順時針方向旋轉它，

它轉一轉便不可思議的自己停下來改為逆時針旋轉。角動量守恆定律並沒有被打破，

反而是因首選為許多有趣的物理現象加總起來，造成了反轉的效果噢！

這款可是說經典有夠經典的物理科學玩具，歷史可以追朔到遠在19 世紀時，

考古學家在研究古凱爾特遺跡時，發現了這個會自己迴轉的神祕陀螺。

從1890 年代的第一份研究論文發表後，科學家們被這奇異的物品深深迷住，

光在80年代後就發表了多過 28 份研究報告。至今還是許多老師愛用的科普教材!

凱爾特石頭在旋轉時，基本上的過程是：旋轉（順時針）→上下振動→停止旋轉→旋轉（逆時針）。

從能量的角度而言；旋轉的動能先轉換為振動的動能，振動的動能再轉換為反轉的旋轉動能。

所以會由旋轉變成振動，主要是由於凱爾特石頭的結構並非完全對稱，尤其在「滾動軸（Rolling axe）」

以及「俯仰軸（Pitching axe）」為座標（如下圖左），其座標原點（中心點）不是重心的位置，

亦即質量的分佈不是完全均勻，如果質量分佈均勻，才可能穩定的旋轉。因此一開始旋轉後，凱爾特石頭處於不穩定狀態，

滾動運動與俯仰運動的不穩定性開始連結，造成俯仰軸的上下振動的現象，於是轉動能量被轉換為振動能量，

旋轉因而會慢下來（當然也包括摩擦力的影響）。沿俯仰軸的上下振動發生時，地面的摩擦力成為反轉的主要因素。

如下圖右，摩擦力F可以分解為平行與垂直兩種分力，平行橢圓長軸（F2）的分力減緩了振動的幅度，

而垂直長軸的分力（F1）是讓凱爾特石頭形成逆轉現象的原因。

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