Вверх
Волчок Сакаи - волчок из скрепки. Научные игрушки
Касс!ная физика на Youtube

Занимательные фишки - 7 класс

Конспекты - 7 класс

Занимательные фишки - 8 класс

Занимательные фишки - 9 класс

Конспекты, учебники, видео - 10-11 класс
"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?

Викторины

Диафильмы по физике

Презентации по физике

Ребусы и  кроссворды

Волчок Сакаи - волчок из скрепки. Научные игрушки

05.2012

Волчок Сакаи, иначе волчок из скрепки, был придуман в1986 году японским профессором физиком Такао Сакаи из университета Тохоку в Сэндай. Профессор хотел продемонстрировать своим студентам возможность создания реально функционирующего волчка из подручного материала, например, из обыкновенной канцелярской скрепки.

Для справки:
Интересно, а Вы знаете, что простенькая труженица-скрепка была придумана и запатентована норвежцем Й. Ваалером еще в 1899 году.

А чем мы хуже профессора и его учеников?
Чуть-чуть терпения, пара испорченных скрепок, и Вы - обладатель волчка!

Можно сказать просто и ласково «волчок», а можно важно и по-научному - «гироскоп».

Выбираем скрепку из достаточно гибкого металла.
Сначала скрепочку выпрямляем, а затем начинаем гнуть …
Концы проволоки скрепки становятся осью вращения, а середина скрепки, образуя окружность, превращается в маховик.

Вот тут-то и начинаются хитрости ...
А самая главная - центр тяжести конструкции должен лежать на оси вращения волчка.

А как же для этого надо изогнуть проволочку?



Для того, чтобы получить максимальный момент инерции, надо согнуть колечко маховика как можно большего радиуса.
Если согнуть из скрепки полную окружность, то за счет участков проволоки, соединяющей окружность с осью вращения, центр тяжести волчка сместится с оси вращения.
Как рассчитал профессор Сакаи, окружность не должна быть полностью замкнутой, открытый угол β должен составлять, если точно, то 53,13°.

А как доказать, что непременно 53,13°?

Делаем расчет!

Если открытый угол β будет больше или меньше указанного, то центр тяжести волчка не будет совпадать с центром окружности проволочного маховика.
При расчете нужной величины открытого угла β достаточно принять во внимание только участок открытого угла β и лежащую противоположно ему (и соответствующую вертикальному углу) часть дуги окружности. Остальные участки окружности, лежащие симметрично относительно центра окружности и отмеченные красным цветом, можно при расчете не рассматривать. Введем обозначение половины открытого угла β, как α .

На следующем рисунке введем систему координат и расположим начало координат в центре окружности.
Обозначим расстояние центра тяжести участка проволочки, образующей дугу, от начала координат величиной x1. Пусть длина проволочной дуги в пределах заданного угла β равна s.

Тогда координату центра тяжести можно вычислить, учитывая симметричность центра тяжести относительно координатной оси х, с помощью линейного интеграла: x1 = ∫x ds/s = 2rrsin α /s
Если обозначить р - плотность материала проволоки, А - поперечное сечение проволоки, тогда масса участка дуги составит m1 = spA . Относительно начала координат участок данной дуги создает вращающий момент M1 = m1x1 = 2rrpA sinα .
Центр тяжести участка проволоки, образующей открытый угол β, лежит на расстоянии х2 = r/2 cos α от начала координат, а масса составляет m2 = 2rpA. Создаваемый этим участком вращающий момент относительно начала координат имеет величину
M2 = m2⋅x2 = rr⋅cosα•p•A. После приравнивания моментов М1 и М2 получаем tang α = 0,5 и, следовательно, α = 26,565°. Таким образом, открытый угол β = 2α = 53,13°.

Но нам придется этот угол наметить приблизительно, поэтому, делая волчок, возможно, Вы испортите не одну скрепку!
Но, ведь ради науки нам с вами скрепок не жалко?

Вот, еще одна «штучка»!

Здесь центр тяжести не совпадает с центром большой окружности. Это характерная особенность классического переворачивающегося волчка, типа волчка Томсона. Вращение такого волчка при запуске довольно замедленное, но конечный эффект потрясающий.

Вообще-то есть и другие интересные волчки из скрепок:

Было бы желание, время и деньги на скрепки:))
Попробуем, а вдруг получится?

Источник: журн. «Phys. Unserer Zeit»





По следам "английских ученых"

  • Можно ли вскипятить воду звуком?

    Если у вас в доме вдруг пропало электричество, не работает электрический чайник, плита, и кончились спички, но зато вопреки всему во всю силу гремит музыка, давайте зададимся вопросом: можно ли вскипятить воду, используя звук? Насколько это реально?

Устали? - Отдохнем!




Новости


Азбука физики
Азбука физики
Викторины
Викторины

Научные игрушки
Научные игрушки
Загадки прошлого
Викторины
Простые опыты
Простые опыты
Парадоксы
Парадоксы
Это интересно
Интересная физика
История техники
История техники
Физика детям
Физика для детей
Библиотека
Библиотека
Знаете ли вы
Знаете ли вы
История физики
История физики
Любознательным
Любознательным
Мысли вслух
Мысли вслух
Этюды об ученых
Ученые-физики
Задачи Г. Остера
Задачи Григория Остера
Умные книжки
Умные книжки по физике
Есть вопросик
Ответы на попросы по физике
Его величество
Все о человеке
Музеи науки
Научные музеи
Достижения
Новости науки и техники

Контакты



Выпускникам

Как сдавать экзамены?
Тактика тестирования
Знаешь ли ты себя?
На урок

Класс!ная физика для любознательных

Презентации и диафильмы по физике

My-shop.ru - Интернет-магазин товаров для образования



Интернет-магазин Лабиринт