溜溜球的弦理論

溜溜球不再只個簡單的玩具,現在的溜溜球創新技術中運用角動量的物理原理,可以變化出更多神奇的絕招。

撰文/菲謝蒂(Mark Fischetti)
翻譯/甘錫安

溜溜球只是簡單的小孩子玩具,對吧?以後可不是了。現在的溜溜球邊圈加重,而且軸心技術運用角動量的物理原理,可玩出各種特技和花樣。


溜溜球的歷史可追溯至2000多年前的中國和希臘,後來傳到了歐洲。到了18世紀,這種「外來」的「小玩意」已成為歐洲貴族最喜愛的玩具。


一直以來,溜溜球的繩子都是拴在軸上,讓球盤旋轉到底時可立即反轉向上爬。但菲律賓的溜溜球迷將繩子鬆鬆地圈過軸,木製球盤便能停在底部空轉(又稱「懸停」)。這項創舉造就了無數特技,例如「小貓搖籃」和「帶狗散步」。菲律賓人佛羅雷斯(Pedro Flores)移民到美國後,於1928年開始製造溜溜球,帶動美國第一波溜溜球流行風潮。由於它便宜又耐用,因此成為大蕭條時期的少數成功商品之一。


1932年,商人鄧肯(Donald Duncan)買下佛羅雷斯的公司,開始廣辦比賽來提高知名度,並註冊了「溜溜」這個商標,使得其他競爭廠商只能使用不夠響亮的「轉轉」等名稱。後來鄧肯成了溜溜球的同義詞,1962年,該公司在只有4000萬名兒童的美國,售出了4500萬個溜溜球。但在1965年,聯邦法院判決「溜溜」已經成為普通名詞,讓鄧肯失去了註冊商標的保護。後來火炬塑膠公司(Flambeau Plastics)收購了破產的鄧肯公司,並重新發揚鄧肯這個品牌。


雖然塑膠和金屬開始取代木頭,但是,溜溜球的基本設計並沒有改變。1980年代末期和1990年代,幾家公司進行了一連串修改,例如加重邊圈、滾珠軸承和離合器等,懸停時間很快就大幅增加,從1991年的51秒,到10年後增加為13分5秒。外號「溜溜球隊長」的退休工程師暨職業溜溜球選手華森(Don Watson)表示,這場「武器競賽」使得「1990年後設計的創新程度,超過以往100年來的成就」。懸停時間加長造就了數百種新特技,也再度帶動流行風潮,一直持續至今。


你知道嗎?

◆溜吧,物理學家 你很難找到關於溜溜球和繩子上作用力的詳細說明。現在,溜溜球隊長出手了!這位退休的業界工程師暨職業溜溜球選手親筆寫了五篇很棒的專題論文,介紹溜溜球的物理原理,內容涵蓋轉動慣量到轉速的產生等,有興趣的讀者可上網向www.skilltoys.com和www.yoyoguy.com購買。不過,看到複雜數學式會頭暈眼花的人不適合閱讀。

◆成功脫離 最近在比賽中開始出現兩種十分特殊的花式技巧。第一種是「脫線」,選手將繩子以類似陀螺的方式繞著軸,然後把球盤向上拋,球盤離開繩子後,選手再拉住繩子當做繃索表演花式特技,最後用繩子繞著旋轉的軸、套住它並拉回。第二種是「自由旋轉」,繩子一端連著球盤,另一端連著重錘(而不是選手的手指),選手抓放繩子或重錘,控制轉動的球盤做出花式動作。


◆歷史淵源 關於溜溜球的歷史或許不夠詳盡,但是,有人說Scientific American就是將這個名稱引入美國的功臣。這是因為1916年7月1日出刊的Scientific American Supplement裡,刊載了一篇以「菲律賓玩具」為標題的文章。在這篇文章中,作者示範如何才能製作出會旋轉的球盤,還說這個玩具的正確名稱是溜溜球,而且「要有相當程度的技巧才能夠玩得好」。




傳統溜溜球(最左圖)的繩子綁在連接兩側球盤的固定軸上;現在則是將繩子鬆鬆地圈在軸上,因此球盤可以空轉,或稱為懸停,這也是大部份特技的基礎。現代的溜溜球有時具備可空轉的貫穿軸,減低作用在繩子上的摩擦力,讓球盤可以懸停得更久。另外還可在邊圈加上重物,以增加轉動慣量並提高球盤的角速度,使它可懸停得更久。




具離合器的溜溜球快速轉動時,離合器會因離心力而維持在張開狀態。活動的轉軸使軸心與球盤都可空轉。旋轉減慢時,離心力減小,彈簧壓著離合器臂擠向轉軸,使轉軸接觸軸心並一起轉動,便可「自動」捲回繩子。







具滾珠軸承的溜溜球,其貫穿軸比其他設計更能降低繩子的摩擦力,使懸停時間達到最長。




進動可使旋轉的溜溜球傾斜。如果選手抓持或扯動繩子的角度太大,繩子會碰到溜溜球外緣,碰撞的力道會使溜溜球在繩子周圍擺盪(產生進動)。同時,繩子與溜溜球外緣之間的摩擦力會產生轉矩,使溜溜球傾斜。這兩個效應將使溜溜球失去控制。




急促拉繩時,球就會回頭。拉繩動作停止的那一瞬間,旋轉的球盤就會升高(左),把鬆開的繩子推向繩捲,然後再拉下繞過軸心。繩團迫使繩子貼著球盤(上),大幅提高了摩擦力,使球盤攀住繩子向上爬。






繩子完全鬆開時,球盤就會開始空轉。若用力拋下溜溜球,但在溜溜球到達底端時,手腕略微下沉,就可以抵消反彈力,讓溜溜球獲得最大的角速度(ω)而延長懸停時間,以便進行花式特技。





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