课题14 Gee-Haw Whammy Diddle

问题描述

A gee-haw whammy diddle is a mechanical toy consisting of a simple wooden stick and a second stick that is made up of a series of notches with a propeller at its end. When the wooden stick is pulled over the notches, the propeller starts to rotate. Explain this phenomenon and investigate the relevant parameters.

一个'gee-haw whammy diddle'是由一个简单的木棒与另一个有一系列刻痕以及末端有一个螺旋桨的木棒组成的机械玩具。当木棒在刻痕上滑动时，螺旋桨会转动。解释这个现象并研究相关参量的影响。

参与成员

指导教师：陈骏逸

学生：张凌威马金辰

实验内容

直到期中

1、再次的观看文献。 2、得到的结论：

 定性分析、实验能得到的结论是滑动的速率会影响螺旋桨的转速。
 实验发现，螺旋桨的转动方向会有两种，但产生的条件不明确。试验观测到在两个侧面滑动会沿着同一方向旋转以及在同一侧滑动会沿着两个方向旋转的现象。
 在滑动过程中，木棒的刻痕有一定的磨损，以及刻痕的深度不统一、间距过大对实验都有一定的影响。
 由于对焦的问题，摄像机只能拍摄到木片转动的方向，以及粗略的拟合出木棒的前端是进行着椭圆转动。
 试验下一阶段是可用一个能够提供一个稳定的正弦运动的装置以及探究木棒本身对转动的影响。

过了很久

1. 建模1：认为波在介质中传播的距离不同造成了相位差2，确定存在一个临界点，使其发生转动方向的偏转。实验验证：把木条都快摩擦断了都没有找到阳性结果。卒。

2. 由1，进而演化到传播过程中不存在差异，相位为初始存在。猜测可能与桌虎钳的限制有关。猜测受限方向的相位较有延迟。初步建模得出：（X方向受限）

  力沿X=Y方向 顺时针旋转
  力沿X=-Y方向 逆时针旋转

以上。需要实验验证。

第三周

讨论：就参量的选择、定量/定性的分析等多方面问题进行探讨。成功解锁成就：245、305。

前期准备：阅读相关文献¹⁾；确定实验器材的具体规格，便于控制单一参量。

实验操作：解锁成就“木工的一天”。

第二周

讨论：了解到基础物理建模的相关事宜与操作方法，以及就实验器材与场所的相关问题进行探讨。

前期准备：阅读相关文献²⁾，猜想可能与椭圆振动、摩擦力矩及共振有关；并思考旋转可能的相关参量。两人分别用筷子与铅笔，配上大头针与纸片，做成了第〇代模型。

第一周

绪论部分：了解CUPT与IYPT的相关情况，并确定了这学期的第一个课题为“Gee-Haw Whammy Diddle”。

实验心得

　想象中的实验室
　实际中的实验室(请自行脑补)
　但当去了物理实验室之后…
　回忆起小时候拆东西的时光。以及那个百宝箱。还有伙伴。 — 张凌威 2017/03/18 21:16

　打扫卫生还是很重要的…
　满手的磁流体… （不知道沾没沾到身上）
　木工的生活第一天…
　果然我的动手能力… （感觉根本没有这个能力）
　但是，果然还是有做实验的感觉…
　转起来了之后，还是很开心的… — 马金辰 2017/03/19 14:45

这个房间急需好好整理和打扫一次！ — 乐永康 2017/03/19 16:10

讨论区

欢迎大家来到讨论区进行讨论(・`ω´・)

请问有没有什么仪器可以使一个轴沿某一路径运动？虽然连一个单摆也不是不可以。 — 张凌威 2017/03/22 22:58
皮带？驱动轴？不知道那种更合适。 — 乐永康 2017/03/22 23:09

你们贴的图片是你们做好的“仪器”吗？我感觉与我理解的有些差别。首先确定该是怎样的“仪器”吧。 — 乐永康 2017/03/20 07:54
我们的“仪器”大概就是这个样子。不过为了控制参量后期会用量化了的“仪器”。当然，要是可以的话，用3D打印机制作更为精细的“仪器”可能会更好。 — 张凌威 2017/03/22 22:55

手对木棒的力比较复杂。求助：有没有什么比较好的测量方法？最好还要不太影响木棒的振动。 — 张凌威 2017/03/18 21:24
需要知道你想测量什么情况下的受力，否则没法跟你一起讨论的。 — 乐永康 2017/03/19 16:07
因为我们手摩擦与滑动的方式不同时，叶片的转动情况不同。我们也不能把这些全部归到随机性…所以要是能测出叶片和杆在这个过程中的力，对运动状态、实验机理的分析应该会有帮助。 — 张凌威 2017/03/19 23:34
或者是能找到一个能够施加一个固定力而且还能以不同速度移动的仪器…（虽然总感觉我没说清楚…） — 马金辰 2017/03/19 23:55

好吧，我放弃上传图片了，传不明白了… — 马金辰 2017/03/19 15:30
你现在有权限在这页面上传图片了。 — 乐永康 2017/03/19 16:07
总感觉我上传的方式不对… 显示不出来图片啊,,, — 马金辰 2017/03/19 16:40
我把照片链接放上来了。注意：问号必须是英文字符！ — 乐永康 2017/03/19 16:32
谢谢，但是、感觉标注的时间有些问题… — 马金辰 2017/03/19 23:53

话说、为什么变成这个样子了… — 马金辰 2017/03/20 0:03
好吧，改好了… (感觉最近忙乱的什么都不知道了… ) — 马金辰 2017/03/20 0:12

参考文献

1、Wikipedia: Gee-haw whammy diddle, https://en.wikipedia.org/wiki/Gee-haw_whammy_diddle 
2、Wikipedia: Phase-locked loop, https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked_loop 
3、How to Use a “Hooey Stick” (wikihow.com), http://www.wikihow.com/Use-a-%22Hooey-Stick%22
4、Instructables: The Magic Propeller (courtervideo, 2010), http://www.instructables.com/id/TheMagic-Propeller/ 
5、The Hui Machine (Oliver Knill, harvard.edu, Aug 8,2010)
6、R. W. Leonard. An interesting demonstration of the combination of two linear harmonic vibrations to produce a single elliptical vibration. Am. J. Phys. 5, 175 (1937) 
7、J. S. Miller. The notched stick. Am. J. Phys. 23, 176 (1955) 
8、E. R. Laird. A notched stick. Am. J. Phys. 23, 472 (1955) 
9、S. S. Welch. Notes: What makes it turn? Phys. Teach. 11, 5, 303 (1973) 
10、G. J. Aubrecht II. A mechanical toy: The gee-haw whammy-diddle. Phys. Teach. 20, 9, 614-615 (1982) 
11、J. T. Scarnati and C. J. Tice.The Hooey Machine. Science Activities: Classroom Projects and Curriculum Ideas 29, 2, 30-3(1992) 
12、G. D. Scott. Control of the rotor on the notched stick. Am. J. Phys. 24, 464 (1956) 
13、H. J.Schlichting und U. Backhaus. Zur Physick der Hui-Machine. Physik und Didaktik 16, 3, 238 (1988),http://www.klangspiel.ch/huihui/pdf/hui_maschine.pdf 

¹⁾

关于干摩擦

²⁾

关于Gee-Haw Whammy Diddle运行机理

目录