MECHANICAL ANALYSIS OF TOROFLUX

流动环是一款魔术玩具,具有丰富的力学行为。制作流动环时应用了预应力储存技术,使得环内部储存了弹性弯曲变形能。一经外界扰动,流动环会迅速张开,进入一种新的稳定平衡状态;若给张开的流体环输入某种形式的能量,环会合拢,恢复原有的稳定平衡状态。本文从能量的角度对流动环张开与合拢等现象进行力学分析。     

DYNAMICAL EXPLANATION ON TOROFLUX'S PHENOMENA

本文分析了流动环特殊现象的力学原理。流动环是由细长钢带缠绕形成的环状螺旋玩具,具有瞬间几何形态突变和绕圆柱物体运动时迅速旋转两种独特现象。文中利用封闭曲杆的拓扑学规律确定其曲率和扭率,用于计算和比较流动环两种平衡状态的弹性变形势能。证实流动环的形态突变源于最小弹性势能原理。以组成流动环的单个圆环为分析对象,且考虑邻近圆环的牵拉效应。分析了流动环下落时相对圆柱体的滚动过程,以解释旋转现象的产生原因。导出了流动环下落旋转的角加速度公式。理论计算结果与实验数据较好吻合。