指尖陀螺与承轴工程
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间：2024-11-29
指尖陀螺在外国称为“Hand spinner”，是最近流行的小玩意，有报导介绍时更声称只要把它放在手指尖上玩，不单只能够替玩家减压，还可以让玩家放松肌肉。今期我们从 STEM 角度，研究一下当中的设计。
大部分的指尖陀螺都运用了数学上的旋转对称，旋转对称就是在图形依靠着一个中心点进行旋转，经过旋转一周之后，图形重叠的次数达两次或以上，就称为旋转对称图形。运用旋转对称图形的设计，有助陀螺转动时更容易得到平衡。
科学元素解构陀螺
传统陀螺在转动时，陀螺底部与旋转面的接触点会产生磨擦，引致摩擦力、热能和声能的出现而导致能量消耗，令陀螺转得愈来愈慢及停止转动。如果能减低旋转点的摩擦力，有肋延长陀螺的转动时间，有些由磁铁制造的磁浮陀螺，就是运用了磁铁同极相斥的原理，令磁铁陀螺浮在半空中旋转。
指尖陀螺的数学元素是对称。
传统陀螺底部尖，减少整体面积接触点。
指尖陀螺的旋转在旋转中心点上，加入滚动承轴（Bearing）来协助指尖陀螺转得更顺畅︐减低摩擦力。
承轴在指尖陀螺上起了支撑旋转体的作用，指尖陀螺在轴上彼此产生相对运动，内里的走珠构成整个轴承，与转轴互相滑动使转轴转动时产生的摩擦力减至最低。
由古代到现在的承轴工程
承轴工程早就在古时出现，古人在搬运大物件时，都在物件下加入一排排的木杆或球状物件以减轻与地面之间的摩擦力来进行直线的搬运。
把直线承轴造成圆形，就可以令轴中的对象无限自转。
迷你四驱车身上有应用承轴来减低车轴转动时的摩擦力来增加车速，还有钟表也有运用承轴。
3D 打印指尖陀螺
指尖陀螺的大小与旋转的速度有影响吗？旋转对称图形不同的重叠次数指尖陀螺的转速、转动的维持时间、平衡稳定性等又有没有影响呢？
学生可以透过电脑软件，运用旋转对称的知识设计不同形状及大小的指尖陀螺，再利用 3D 打印机把它们制作出来。完成后，可提醒学生利用计时器进行转速测试和比较旋转耐力，以此引证形状大小和重叠次数如何影响指尖陀螺的旋转动力。
指尖陀螺全球风麾︐受学生欢迎的小玩意，若从学术上探讨当中的原理，相信一定会令学生产生大量学习动机。
来个比赛，看谁能造出一个既高度转动，又能持续长时间的指尖陀螺。
实验过后才教授有关旋转运动的作用公式，相信必定能令学生印象更深，有助加强他们的应用知识的层面，更可以引导学生加入更多不同的元素，例如 LED 灯等，令它可以延伸有更多不同的玩法。
实验过后才教授有关旋转运动的作用公式，相信必定能令学生印象更深，有助加强他们的应用知识的层面，更可以引导学生加入更多不同的元素，例如 LED 灯等，令它可以延伸有更多不同的玩法。
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