超叛逆! 自己會迴轉的陀螺

角動量守恆定律被打破了?
這個超經典的科學玩具，當你以順時針方向旋轉它，它轉一轉便不可思議的自己停下來改為逆時針旋轉。
這不合邏輯嘛！
店長不由得在聚光燈底下跪下，賽先生啊～我物理不就是白學了嗎？

事實上沒錯，店長物理果真都還給老師了，
角動量守恆定律並沒有被打破，反而是因為許多有趣的物理現象加總起來，造成了反轉的效果噢！

(圖片來源 Texas大學物理系)

這款可是說經典有夠經典的物理科學玩具，
歷史可以追朔到遠在19 世紀時，考古學家在研究古凱爾特遺跡時，發現了這個會自己迴轉的神祕陀螺。
從1890 年代的第一份研究論文發表後，科學家們被這奇異的物品深深迷住，光在80年代後就發表了多過 28 份研究報告。
至今還是許多老師愛用的科普教材!

它有很多名字如凱爾特石頭(Celtic stone)、反轉魔石(Rattleback)、anagyre、celt、

Celtic stone、rebellious celt、rattlerock、spin bar、Robinson Reverser、wobble stone.....

當你順時鐘轉它，凱爾特石頭就是要逆時鐘轉回來，屢試不爽，實在是很叛逆!
究竟這個漂亮透著光的彩色塑膠凱爾特石頭，反轉的秘密是什麼呢?

凱爾特石頭在旋轉時，基本上的過程是：旋轉（順時針）→上下振動→停止旋轉→旋轉（逆時針）。
從能量的角度而言；旋轉的動能先轉換為振動的動能，振動的動 能再轉換為反轉的旋轉動能。

而所以會由旋轉變成振動，主要是由於凱爾特石頭的結構並非完全對稱，

尤其在「滾動軸（Rolling axe）」以及「俯仰軸（Pitching axe）」為座標（如下圖左），

其座標原點（中心點）不是重心的位置，亦即質量的分佈不是完全均勻，如果質量分佈均勻，才可能穩定的旋轉。

因此一開始旋轉後，凱爾特石頭處於不穩定狀態，滾動運動與俯仰運動的不穩定性開始連結，造成俯仰軸的上下振動的現象，

於是轉動能量被轉換為振動能量，旋轉因而會慢下來（當然也包括摩擦力的影響）。

沿俯仰軸的上下振動發生時，地面的摩擦力成為反轉的主要因素。

如下圖右，摩擦力F可以分解為平行與垂直兩種分力，

平行橢圓長軸（F2）的分力減緩了振動的幅度，而垂直長軸的分力（F1）是讓凱爾特石頭形成逆轉現象的原因。

(資料與圖片來源 台中教育大學)

(圖片來源 SED695b)

共有紅、綠、藍、橘-4色，可以將您想要的顏色寫在備註欄裡，若無填寫賽先生將隨機出貨。

注意事項 :
► 請慎防兒童吞食
► 請在光滑的平面上旋轉

按它一下，凱爾特石頭也會表現出逆時鐘旋轉的現象毆！現在你知道為什麼了嗎？