回旋陀螺
回旋陀螺，又称凯尔特石头，是一个半椭圆形的陀螺．它会往特定的方向旋转；但是，当被往反方向转时，它会变得不稳定，摇晃，停止，然后又转换往原来特定的方向旋转。
这种旋转－反旋转的运动现象，似乎违反了物理学上的角动量守恒定律。更不可思议的是，当我们将回旋陀螺往它特定的方向转，大多数的回旋陀螺，不会发生这种特别的现象；反方向却会。这两个特性使回旋陀螺成为了一个很稀罕的物品，自从史前以来，就引起了无数人的想像力。
历史 编辑
19 世纪的考古学家，在研究古凯尔特与古埃及遗迹时，发现了具有旋转－反旋转特性的回旋陀螺。
在近代，描述这些回旋陀螺的报告，最早发表于 1890 年代。那时，Sir Gilbert Thomas Walker FRS 撰写了一篇论文 "On a curious dynamical property of celts" ，发表于英国剑桥的《Proceedings of the Cambridge Philosophical Society》 ; 以及另一篇论文 "On a dynamical top" ，发表于美国麻省的 《Quarterly Journal of Pure and Applied Mathematics》 。
许多关于回旋陀螺的研究报告，发表于 1909 年和 1918 年，以及 50 年代和 70 年代。自从 80 年代后，科学家们更被这奇异的物品深深迷住，发表了多过 28 份关于回旋陀螺的研究报告。
尺寸 编辑
虽然，回旋陀螺时常被描述为各种各样尺寸的石材手工艺品，它们大多数是当为新奇的谜题或玩具来买卖；商品是由塑胶材料制成，尺寸大约为 3.75 英寸长 × 0.75 英寸宽 × 0.4375 英寸高。也有一种木头雕刻的回旋陀螺，尺寸为 5.5 至 6 英寸长。另外有一种 Charles W. Sherburne 卖的塑胶制回旋陀螺，长度大概有 12 英寸。还有一些是用玻璃制造的。科学家甚至发明了用汤匙做成的回旋陀螺。
一般来说，有两种迥然不同的回旋陀螺的设计。一种有非对称的底部，滚动轴是偏斜的。另一种的底部是对称的，在平台上面末端各自有个重物，通常是乌龟．乌龟指向特定的旋转方向。
物理 编辑
旋转－反旋转的运动现象，是因为滚动运动与俯仰运动的不稳定性成长所造成的。
当质量分布，对于俯仰轴与垂直轴构成的平面，是非对称性的时候，滚动运动与俯仰运动的不稳定性开始联结；我们可以想像非对称的质量会使回旋陀螺脱离俯仰运动，改变为滚动运动。
这运动的型式，会根据不同旋转方向而增长。这解释了回旋陀螺不对称行为的原因。依靠是否是俯仰不稳定性或滚动不稳定性，增长率将是非常高或相当低。
这解释了为什么，只有当往俯仰不稳定的方向旋转时，由于摩擦，大多数回旋陀螺表现出旋转－反旋转现象；而当往另一方向旋转时，在滚动不稳定性出现之前，它们会减速与中止转动。然而，根据报告，玻璃制的回旋陀螺，会表现出旋转－反旋转现象，在同一个实验内，发生四或五次相继的旋转。
参考文献 编辑
- Walgate, Robert. "Tops that like to spin one way." Nature, 323:204。Nature Publishing Group, London. 1986。
- Walker Ph.D., Jearl. "The Amateur Scientist: The mysterious 'rattleback': A stone that spins in one direction and then reverses." Scientific American, 241:172-84. Scientific American Inc. New York. 1979。
- Walker Ph.D., Jearl. "The Amateur Scientist: Rattlebacks and tippe tops; Roundabout: The physics of rotation in the everyday world." Scientific American, 33-8, 66. Scientific American Inc. New York. 1985。