⚛ 物理

扔出去的飞盘为什么不会在空中翻跟头

看完这篇你会知道飞盘靠旋转抵抗翻转、靠形状借助升力,和飞机起飞其实是同一个原理

你有没有注意到,飞盘扔出去之后,它会稳稳地在空中"滑翔",就算飞了很远也不会乱转?但如果你扔出去一块砖头,它会翻着跟头往前飞。飞盘哪来的这个"定力"?

飞盘转起来之后,为什么会变得"固执"?

这一切的秘密,藏在飞盘出手时的那个旋转里。你扔飞盘的时候,手腕会甩一下,让飞盘高速自转。这个旋转一旦启动,就会产生一种神奇的效果——物理上叫"陀螺效应",但你可以把它想象成这样:一个东西转得越快,就越不愿意被人"掰歪"。就像你小时候玩的陀螺,转起来之后立在地上纹丝不动,但一旦慢下来就开始东倒西歪。飞盘也是同一个道理。它在空中高速旋转,任何想让它翻转的力,都会被它自己"顶回去",所以它能一直保持水平。转速越高,这种抵抗力越强,飞盘飞得也越稳。

光靠旋转就够了吗,飞盘的形状有什么用?

旋转只是"稳定性"的来源,要飞得远,飞盘还得借助空气的力量。你注意过飞盘的截面吗?上面是弧形的鼓起来,下面是平的。这个形状和飞机的机翼几乎一模一样。当飞盘往前飞时,上方的空气要走更长的路,速度更快,压力就低;下方的空气走短路,速度慢,压力高。压力高的地方会把飞盘往上推——这就是"升力",和飞机能飞起来的原理完全相同。所以飞盘并不是靠"扔"的力气硬撑着往前飞,而是像一架小飞机一样,真的在"飞"。扔飞盘时略微向上倾斜一点点,升力就会让它在空中多飘一段时间,飞出去的距离自然更远。

那为什么飞盘最后还是会掉下来、偏转方向?

飞盘再稳也逃不过两件事:一是旋转会越来越慢,陀螺效应减弱,飞盘开始摇晃;二是重力一直在把它往下拽,升力终究撑不住。但有趣的是,飞盘在快落地时经常会向左或向右偏转,不是直直落下,而是"飘"向一侧。这是因为飞盘在旋转的同时受到重力下拉,两个力叠加在一起,会让飞盘像一个慢慢倒下的陀螺一样,缓缓朝一个方向转动姿态,物理上叫"进动"。简单说,就是飞盘在"体面地认输"——它不是突然翻倒,而是优雅地绕着弧线慢慢偏转,直到落地。

下次扔飞盘的时候,试试出手时加大手腕的甩动力度,让飞盘转得更快——你会明显感觉到它飞得更稳、更远。顺便想一个问题:如果有人发明一种"永不减速旋转"的飞盘,它会不会在空中永远飞下去?