Класс!ная физика



Вращение. Опыты с осями. Опыты

06.2012

ОПЫТЫ С ОСЯМИ - НЕВИДИМКАМИ


Оси, на которых вращаются колеса или другие детали машин — вполне реальные физические тела. Их можно увидеть, потрогать. Обычно это металлические валы, валики, стержни, трубки. У железнодорожных вагонов оси вращаются вместе с колесами, а у велосипедов, например, колеса вращаются на неподвижной оси.

Но слово «ось» употребляется еще и в другом смысле. Этим словом называют условную, невидимую линию, вокруг которой происходит вращение. Фигурист на льду, выполняющий «волчок», гимнаст, совершающий в воздухе сальто, да и наша планета Земля, наконец,— все они вращаются вокруг невидимых линий, которые называются осями вращения.

Существует и такое название — ось свободного вращения.
Она проходит всегда через центр тяжести вращающегося тела.

Мы с вами проделаем несколько опытов с такими осями свободного вращения. Эти оси хотя и существуют, но они невидимки: их нельзя ни увидеть, ни потрогать.

Для опытов нужно изготовить прибор, который и будет вращать различные предметы с большой скоростью вокруг невидимых осей.

Вырежьте из толстого картона круг диаметром 25—30 сантиметров, проделайте в его центре небольшое отверстие и положите его на круглое основание старой, настольной лампы. Можно заменить эту деталь чугунными конфорками от плиты или абразивным диском для точила. Одним словом, это должен быть тяжелый круг. Если вы возьмете конфорки или точильный круг, то нужно будет вырезать из куска фанеры соответствующего размера еще один круг, сделать в его центре небольшое отверстие и на этот круг положить выбранный диск. Круг же, вырезанный из картона, кладется сверху. Через середину получившейся стопки кругов (будем теперь все это называть просто диском) проденьте две прочные веревки и завяжите их внизу узлом. Подвешенный на них диск будет висеть горизонтально, опираясь на узел.

Прибор готов, приступаем к опытам!
К узлу, на который опирается диск, привяжите тонкий шнурок длиной 25 сантиметров. Для других опытов, может быть, нужно будет подобрать и другие шнурки. Можно использовать и шпагат (только не бумажный), а для некоторых опытов — тонкую рыболовную леску.

К концу висящего под диском шнурка привяжите карандаш — за самый конец. Вращая диск, хорошо скрутите веревки, на которых он висит. Когда вы его отпустите, он начнет быстро вращаться. Можно добиться очень быстрого вращения, если рукой давить на круглую намыленную палочку, вставленную между веревками.

Итак, диск раскрутился. Что же произойдет с висящим под диском карандашом? Он тоже будет вращаться на своем шнурке и постепенно займет горизонтальное положение. Ось его вращения, свободная невидимая ось, проходит точно через середину карандаша — его центр тяжести.

Во время этого и других опытов с осями свободного вращения необходимо регулировать скорость вращения диска. Скорость должна быть достаточной для приведения подвешенного предмета в горизонтальное положение, но шнурок при этом не должен подниматься до самого диска. Легко добиться нужной скорости вращения, изменяя степень закручивания веревок или силу нажима на палочку, вставленную между веревками.

Для следующего опыта вместо карандаша привяжите к шнурку кружок диаметром около 10 сантиметров, вырезанный из толстого картона. Привязать его надо за самый край, проделав небольшое отверстие шилом. При достаточной скорости вращения диска кружок будет вращаться горизонтально вокруг своей свободной оси, проходящей через его центр.

На смену картонному кружку подвесьте какой-нибудь симметричный предмет или кольцо, что окажется под рукой. Например, можно подвесить за ободок опорный диск от лыжной палки. При быстром вращении он тоже будет вращаться горизонтально.


ОПЫТ СО СКРЕПКАМИ



Возьмите шестнадцать небольших канцелярских скрепок, сцепите их друг с другом, чтобы получилась замкнутая цепочка. Подвесьте ее под диском на тонкой рыболовной леске. Когда диск хорошо раскрутится, цепочка образует кольцо, вращающееся горизонтально. Невидимая свободная ось этого кольца точно проходит через его середину — его центр тяжести. Вертикальную свободную ось наши вращающиеся предметы выбирают себе сами. Для каждого из них эта ось оказывалась самой устойчивой из всех возможных осей, вокруг которых данный предмет мог бы вращаться.

Производя описанные здесь опыты, пробуйте сами изменять длину шнура для подвешивания предметов, место крепления шнура. Диск должен висеть строго горизонтально, не раскачиваться. Конечно, всегда надо проявлять, как и во всех других опытах, терпение и настойчивость.


ВРАЩЕНИЕ СПИЧЕЧНОГО КОРОБКА


У спичечной коробки есть три взаимно перпендикулярные оси свободного вращения, проходящие через ее центр тяжести. Но самыми устойчивыми осями вращения у нее оказываются только две: одна проходит вертикально через середину спичечной коробки, а другая — горизонтально вдоль коробки. А та ось, которая проходит поперек коробки, не обеспечивает устойчивого вращения.

Возьмите пустую спичечную коробку двумя пальцами,  и щелчком другой руки подбросьте ее вверх. Проделайте это несколько раз, каждый раз заставляя коробочку вращаться поочередно вокруг одной из трех осей, о которых говорилось выше.
Смотрите внимательно, и вы сами увидите, вокруг какой из трех осей коробочка вращается лучше, более четко.


СЛАЛОМ НА БУМАГЕ


Знакомый нам с детства волчок не просто игрушка, а удивительный физический прибор.
Попробуйте раскрутить его и переместить в пространстве!
Вы увидите, он сохранит направление своей оси, где бы ни оказался.

Этим свойством волчка широко пользуются и конструкторы и изобретатели — вспомним гироскоп.
Американский же изобретатель Э. Гильдебрандт придумал, например, на его основе новую игрушку. Попробуем ее сделать.


На квадратный лист фанеры наклейте ватман. На нем тушью начертите спираль. Начало спирали пометьте словом «старт», а в конце напишите «финиш». Между спиралями поставьте цифры, как показано на рисунке. Это очки. Они будут начисляться тому, кто строго но спирали сумеет провести вращающийся волчок. Сделать это нелегко — упрямый волчок неохотно слушается команды. Поэтому, обратите внимание —фанерный лист слегка изогнут по продольной линии. Наклоняя или приподнимая его края, легче управлять волчком, перемещая его от старта к финишу.

Раскручивать волчок можно пальцами, но лучше изготовить небольшое приспособление, напоминающее гаечный ключ. Поддерживая им волчок и резко потянув нить на себя, можно добиться хорошего вращения.

Источник:  Ф. Рабиза, «Знай и умей. Опыты без приборов» и "Техника своими руками";  журн. «Юный техник»





Устали? - Отдыхаем!

Вверх