Игрушка работающая на гироскопическом эффекте
Обновлено: 27.04.2024
Одной из любимых детских игрушек является волчок или юла. Раскрутишь его – он и стоит себе на одной ножке, только яркие полосы на боковине сливаются в сплошное цветное пятно. Казалось бы, самая обычная, простая детская игрушка, а в основе ее поведения лежит такое физическое явление, как гироскопический эффект. Пока такой волчок неподвижен, он не представляет собой никакого интереса, поставить его вертикально просто невозможно. Но стоит его раскрутить – тут начинаются настоящие чудеса.
Именно вращательное движение и является причиной устойчивости волчка. Из-за сил трения в точке опоры вращение замедляется, и когда оно прекратится, волчок падает. Устойчивость игрушке придает гироскопический эффект. Создается он центробежной силой, возникающей при вращении юлы. Если ее хорошо раскрутить, то, даже если юла первоначально стояла под углом, она станет вертикально. Волчок всегда устанавливается так, что ось вращения и направление силы тяжести совпадают.
Если попытаться отклонить волчок от вертикального положения, то он начинает совершать некие колебания, которые имеют специальное название – прецессия. Ось волчка при этом явлении описывает в пространстве вокруг вертикальной линии фигуру похожую на конус. Чем сильнее раскручен волчок, тем он будет устойчивей. Чем более массивным будет игрушка и чем выше ее скорость, тем больший гироскопический момент она сможет развить. Под этим термином подразумевается произведение угловой скорости волчка (ротора) на момент инерции собственного вращения ротора.
Описанный случай– лишь один из немногих возможных примеров вращающихся тел. Их главная особенность – устойчивость тела по отношению к оси вращения. Для повышения устойчивости пули и исключения ее кувыркания в воздухе, ее заставляют в полете вращаться. Добиваются этого с помощью винтовой нарезки в стволе. Вращающаяся пуля сохраняет во все время полета свое положение и направление.
Из приведенного примера видно, что гироскопический эффект находит применение не только в качестве детской игрушки. Устойчивость вращающегося диска имеет свое использование в технике. На этом принципе – сопротивлении попыткам изменить положение вращающегося диска, построены так называемые гироскопические стабилизаторы. Они работают на морских судах в качестве устройств, гасящих качку.
Изобретен и специальный прибор – гироскоп. По сути, гироскоп – это тот же самый волчок. У этого прибора ось помещена в специальную подвеску и может свободно в ней вращаться. Гироскоп может служить компасом. Если его сильно раскрутить, то ось его вращения будет направлена вдоль земного меридиана, указывая на север. Такой прибор называется гирокомпасом.
Гирокомпас обладает определенными преимуществами перед обычным магнитным компасом. Так, погрешность магнитного компаса зачастую достаточно большая, особенно в районах вблизи полюсов. В таких случаях лучше всего пользоваться именно гирокомпасом. Существует множество других приборов с применением гироскопического эффекта – гирогоризонт, гиротахометры, гиростабилизирующие платформы.
Даже сама Земля представляет собой гигантский волчок, совершающий один оборот в сутки. У этого волчка есть и прецессионные колебания. Такой же гигантский волчок представляет собой и Солнце. По-видимому, вокруг собственной оси вращается все во Вселенной. И не только звезды, но и туманности, и галактики.
Рассмотрев в качестве примера вращающийся волчок, прочно стоящий на одной точке и сопротивляющийся попыткам изменить его положение, удалось узнать, что в основе такого поведения лежит удивительно интересное и полезное явление, такое, как гироскопический эффект.
Находите правильные ответы и решения для кроссвордов в группе 40 раздела «Подводный мир» в игре «CodyCross». На этой странице вы сможете посмотреть ответ для любого задания в группе 40.
Мы решаем кроссворды «Коди Кросс», чтобы поделиться с нашими посетителями правильными подсказками. Ответы на все пазлы в группе 40 уже разгаданы. Если вы застряли и не знаете как пройти один из уровней в группе 40, если вам нужны подсказки для решения кроссворда, если вы не можете отгадать ответ для решения пазла - смотрите наши подсказки.
Ответы на все пазлы в группе 40 «CodyCross»
Пазл 1
Романтизированное определение родины
Ответ: ОТЧИЗНА
Полоска из углерода внутри карандаша
Ответ: ГРИФЕЛЬ
Плотное желе с кусочками мяса
Ответ: ХОЛОДЕЦ
Московский футбольный клуб в красно-белом цвете
Ответ: СПАРТАК
Российский рокер, автор песни "Я свободен!"
Ответ: КИПЕЛОВ
Приусадебный __ дачника
Ответ: УЧАСТОК
Кино, повествующее о ковбоях и индейцах
Ответ: ВЕСТЕРН
Двустворчатые моллюски, морские деликатесы
Ответ: УСТРИЦЫ
Глазной врач
Ответ: ОКУЛИСТ
Солдатский лёгкий головной убор, сжатый по бокам
Ответ: ПИЛОТКА
Среднеазиатский боевой топор
Ответ: АЙБАЛТА
Двигатель самолёта с лопатками
Ответ: ТУРБИНА
Любитель преувеличить собственные достоинства
Ответ: ХВАСТУН
Блёстка в виде чешуйки, украшающая одежду
Ответ: ПАЙЕТКА
Пазл 2
Острое пахучее растение, опасное для вампиров
Ответ: ЧЕСНОК
Трущобы в Бразилии
Ответ: ФАВЕЛЫ
Пластина на конце пальца
Ответ: НОГОТЬ
Африканское дерево невероятной толщины
Ответ: БАОБАБ
Настойчивое безостановочное движение
Ответ: НАТИСК
Инструмент для прочистки засоров
Ответ: ВАНТУЗ
Попугай с хохолком на голове
Ответ: КАКАДУ
Сложнейший прыжок в фигурном катании
Ответ: АКСЕЛЬ
Принцесса и подруга Аладдина
Ответ: ЖАСМИН
Бразильский сериал "__ Изаура"
Ответ: РАБЫНЯ
Тонкий духовой музыкальный инструмент
Ответ: ФЛЕЙТА
Игрушка, работающая на гироскопическом эффекте
Ответ: ВОЛЧОК
Способ поделиться чужой публикацией в интернете
Ответ: РЕПОСТ
Разветвлённая часть течения реки
Ответ: ДЕЛЬТА
Голосование за кандидатов и партии
Ответ: ВЫБОРЫ
Светская львица Пэрис __
Ответ: ХИЛТОН
Бандитский штаб
Ответ: ЛОГОВО
Пазл 3
Специальное помещение для выращивания цветов
Ответ: ОРАНЖЕРЕЯ
Знаковая статуя Екатерининского парка в Пушкине
Ответ: МОЛОЧНИЦА
Британский телесериал "__ Даунтон"
Ответ: АББАТСТВО
Книжка для хранения карточек деловых контактов
Ответ: ВИЗИТНИЦА
Собрание произведений небольшого объёма
Ответ: АНТОЛОГИЯ
Массивная часть кровати над подушками
Ответ: ИЗГОЛОВЬЕ
Сильнопахучая ядовитая трава
Ответ: БОЛИГОЛОВ
Вещество для защиты деревянных конструкций от огня
Ответ: АНТИПИРЕН
Оби-Ван Кеноби из "Звёздных войн" Юэн __
Ответ: МАКГРЕГОР
Незаметно проникнуть в помещение
Ответ: ВКРАСТЬСЯ
Издревле культивируемый листовой овощ, жеруха
Ответ: БРУНКРЕСС
Конечный итог занятия или дела
Ответ: РЕЗУЛЬТАТ
Соотношение составных частей целого в математике
Ответ: ПРОПОРЦИЯ
Пазл 4
Чепуха, неразборчивая речь
Ответ: ГАЛИМАТЬЯ
Популярная закуска из авокадо, зелени и помидоров
Ответ: ГУАКАМОЛЕ
Советская кинокомедия "Свадьба в __"
Ответ: МАЛИНОВКЕ
Соревнования любителей крутить педали
Ответ: ВЕЛОГОНКИ
Опасное повышение температуры тела
Ответ: ЛИХОРАДКА
Такой ключ незаменим при замене колеса в дороге
Ответ: БАЛЛОННЫЙ
Канун христианского поста, когда едят скоромное
Ответ: ЗАГОВЕНЬЕ
Стремиться к поверхности воды
Ответ: ВСПЛЫВАТЬ
Широкий пласт из сухожилий на животе
Ответ: АПОНЕВРОЗ
Первое нижнее бельё младенца
Ответ: ПОДГУЗНИК
Один из трёхсот легендарных древнегреческих воинов
Ответ: СПАРТАНЕЦ
Небольшое деревце с множеством стеблей
Ответ: КУСТАРНИК
Огромный город
Ответ: МЕГАПОЛИС
Мошенничество с картами
Ответ: ШУЛЕРСТВО
Площадь для конных состязаний
Ответ: РИСТАЛИЩЕ
Мягкая разноцветная масса для лепки
Ответ: ПЛАСТИЛИН
Пазл 5
Из такой палочки готовят салат с яйцом и рисом
Ответ: КРАБОВАЯ
Одна из главных достопримечательностей Нур-Султана
Ответ: БАЙТЕРЕК
Плавучий светлый цветок с круглыми листьями
Ответ: КУВШИНКА
Порода кошек, носящая старое название Таиланда
Ответ: СИАМСКАЯ
Результат вычитания
Ответ: РАЗНОСТЬ
Актриса из фильма "Интердевочка" Елена __
Ответ: ЯКОВЛЕВА
Остров в Африке, сосед Мадагаскара
Ответ: МАВРИКИЙ
Ускоренный маршрут общественного транспорта
Ответ: ЭКСПРЕСС
Родственник персика без волосков на кожуре
Ответ: НЕКТАРИН
Зажим на бельевой верёвке
Ответ: ПРИЩЕПКА
Умывальников начальник и мочалок командир
Ответ: МОЙДОДЫР
Наиболее оптимальными формами оценки учебных действий наряду с письменными измерительными материалами, практическими работами с использованием компьютера, становится выполнение групповых и индивидуальных учебных исследований и проектов.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| Игрушки на основе гироскопического эффекта | 484.02 КБ |
| Учебный проект и его место в современных образовательных моделях | 325.37 КБ |
Предварительный просмотр:
Что такое гироскопический эффект?
Гироскопический эффект - (от греч. gyros — круг и skopeo — смотрю, рассматриваю, наблюдаю) — сохранение направления оси вращения свободно и быстро вращающихся (твердых) тел, сопровождаемое при определенных условиях, как прецессией (движением оси по круговой конической поверхности), так и нутацией (колебательными движениями (дрожанием) оси вращения. Говоря доступным для большинства языком, этот физический эффект это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве в плоскости своего вращения .
Гироскоп и его примеры.
Гироскопический эффект неразрывно связан с прибором -гироскопом (устройством, способным реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено).Для лучшего понимания его работы рассмотрим принцип работы данного прибора на примере вещей , которые есть у каждого человека – игрушек. В детстве у всех была юла? Если её раскрутить стоя, то затем она не будет падать в сторону. Это и есть гироскопический эффект и наглядная работа гироскопа. Кстати именно этот прибор установлен в кабине самолёта. Он позволяет пилоту определять угол наклона относительно горизонта. Ещё одним примером этого эффекта может являться поездка на велосипеде. Колесо — вращающееся тело, диск, который так же желает удержать Вас и велосипед, на котором Вы сидите, в вертикальном положении. Именно поэтому Вы не падаете, когда едете, никак не за счет своего отличного равновесия.
Гироскоп – игрушка. История создания Йо-Йо .
Йо-йо — игрушка, состоящая из двух одинаковых по размеру и весу дисков, скреплённых между собой осью, на которую верёвка надевается петелькой. Работает по принципу гироскопа. Впервые это знакомая всем безделушка упоминается в 16 столетии. Филиппинские охотники использовали похожие предметы для ловли добычи. Это был отшлифованный камушек на длинном кожаном ремешке. Охотник запускал его так, что оружие обвивало шею животного и арканило его.
Йо-йо с верёвкой в виде петли начинает своё развитие примерно с 1920 года. Эпоха таких йо-йо продлилась вплоть до 1990-х годов. Это время примечательно тем , что тогда игрушка была показателем достатка и как правило появлялась в руках французских аристократов.
Начиная с 1990 года в йо-йо начали ставить подшипник, что позволило значительно увеличить время, в течение которого игрушка находится на конце нити, а это, в свою очередь, позволило увеличить время игры и разнообразить её.
Принцип работы Йо-Йо.
Йо-йо основана на механической инерционности вращения катушек и их взаимодействия с верёвкой и между собой.
При броске йо-йо, размотав до конца верёвку, начинает свой возврат по ней в руку играющего. Поскольку йо-йо быстро вращается, возникает гироскопическая стабилизация её оси вращения, которая даёт возможность игроку выполнять ряд трюков. Под действием силы тяжести диски опускаются вниз, при этом намотанная на ось между дисками верёвка вызывает раскручивание йо-йо, достигнув нижней точки и размотав верёвку диски по инерции продолжают вращаться, и верёвка наматывается на ось в обратном направлении, тем самым йо-йо поднимается по ней вверх. В начале XX века верёвку перестали привязывать к оси, а стали просто делать петлю, благодаря чему стало возможно отправлять йо-йо в состояние «слипа» при котором игрушка некоторое время вращается на конце размотанной верёвки.
Благодаря этому стали возможны стили игры с активным взаимодействием йо-йо с верёвкой.
Материалы для любимой игрушки.
Раньше йо-йо делались из цельного куска дерева (сейчас их делают для истинных коллекционеров) или из глины. В настоящее время йо-йо изготавливают из пластика или различных металлов, алюминиевых сплавов. Также существуют композитные йо-йо (пластиковые йо-йо с металлическими ободами). Последние стоят между пластиковыми (для начинающих) и high-end (для профессионалов).
Современные йо-йо имеют подшипник для увеличения времени «слипа», а также разнообразные формы половинок, системы тормозов и способов производства самих верёвок. Стоит отметить, что не все высококлассные йо-йо являются металлическими. Они так же производятся из особого пластика — целкона. В таких йо-йо вес, как и в металлических, распределён по ободам, что даёт больший «слип» и стабильность при выполнении сложных игровых связок. Существует вариант йо-йо со встроенными лампочками (светодиодами) и вставляющимися батарейками. Боковые съёмные крышки сделаны из разноцветного прозрачного пластика, основа также прозрачная. Когда игрушка разматывается, под действием центростремительной силы замыкается пружинный контакт и загораются две лампочки или светодиода. При возвращении игрушки в исходную позицию контакт размыкается.
Йо –Йо из деревянной катушки .
Как сделать игрушку йо-йо своими руками в домашних условиях? На самом деле, ответ довольно прост, а процесс создания игрушки ещё и весьма увлекателен. И так самый простой вариант изготовления ЙО-ЙО. Собирается она буквально за 5-10 минут, а служит весьма достойно и долго. Для сборки нам понадобится следующее:
1)деревянная катушка от ниток
2)гвоздь; (Вместо гвоздя можно взять любой другой металлический стержень);
3)веревка (примерно 1 метр)
Удаляем среднюю часть деревянной катушки, где ранее располагались нитки. Помещаем стержень во внутреннюю часть будущей игрушки (другой вариант – просто склеить боковые грани. Так же, если расстояние между гранями катушки не велико, то её середину можно и вовсе не удалять, а сразу крепить на нее верёвку). Осталось только привязать к йо-йо веревку. Фиксируем нить между гранями игрушки с помощью заранее сделанной петли, и я хочу вас поздравить, ваше Йо-Йо готово к использованию.
Йо-Йо из ненужных запчастей и деталей других игрушек.
Если вы не любите выбрасывать уже полюбившиеся вам вещи после того, как они пришли в негодность и стремитесь наделить их «второй жизнью», то это способ создания Йо-Йо идеально вам подойдёт. Все что нам потребуется это две детали (в моём случаи два колеса от сломанной модели машины) которые мы сможем соединить в одно целое, намотав на них нить. И так приступим. Для изготовления игрушки нам понадобится :
Нить 1-1,5 метра ;
Две детали круглой формы , которые будут использоваться в качестве граней Йо-Йо(это могут быть колёса , шестерёнки , пришедшие в негодность и т.д.)
Первое , что нам потребуется сделать , это вкрутить небольшой болт в одну из граней . Затем на первую и вторую грань необходимо надеть колпачки, имеющие небольшие выступы. (Эти выступы вставляются в отверстия на гранях колеса. Если в ваших деталях подобная возможность не представится, то болтики можно прикрыть с помощью крышек, приклеенных к граням будущей игрушки). Следующий наш шаг , это фиксация нити по тому же принципу , что и в прошлой нашей поделке.
Завершающим шагом мы соединяем грани воедино с помощью отвёртки и ваше импровизированное Йо-Йо готово.
4.1. История применения и входа в обиход человека.
Йо-йо с верёвкой в виде петли начинает своё развитие примерно с 1920 года (модификация филиппинца Педро Флореса), также называемая «Old-School» (Старая школа). Эпоха таких йо-йо продлилась вплоть до 1990-х годов.
Начиная с 1990 года в йо-йо начали ставить подшипник, что позволило значительно увеличить время, в течение которого йо-йо «спит» на конце верёвки, а это, в свою очередь, позволило увеличить время игры.
Стиль игры с данными йо-йо называется, соответственно,
«New School» (Новая школа).
Современные йо-йо оснащены подшипником и силиконовыми тормозами на внутренней стороне половинок йо-йо. Также увеличено расстояние между половинками игрушки.
4.2. Стили игры с гироскопической игрушкой.
В современных реалиях существует немало разновидностей и способов развлечь себя и окружающих с помощью Йо-Йо, начиная от игры в такой называемой «старой школе», заканчивая сотнями вариаций «новой школы». Сейчас я перечислю наиболее интересные.
Лупинг (англ. loop — петля) — стиль игры, при котором игрок движениями руки направляет йо-йо по эллиптической траектории вокруг руки; основной задачей выполнения трюков «лупинга» является их продолжительное выполнение без возврата йо-йо в руку. Йо-йо для выполнения трюков
«лупинга» могут быть стандартной или модифицированной формы (обода в виде плоских дисков).
Стринг (англ. string — верёвка, нить) — самый популярный стиль игры, основанный на выполнении трюков во время «слипа».
ДаблСтринг (или Чери) (англ. string — верёвка) — стиль игры, в котором используется 2 йо-йо, намного сложнее стринга и лупинга.
Оффстринг (англ. offstring — вне верёвки) — стиль игры, в котором ось йо-йо не крепится к верёвке. Для трюков этого стиля обычно используются большие йо-йо, облегчающие ловлю на верёвку, однако достаточно тренированный игрок может играть в этом стиле практически любым йо-йо.
Каждый из перечисленных стилей уникален по-своему и каждый мастер по-своему раскрывает его, однако есть вещь, объединяющая все эти направления – трюки, или же зрелищные приёмы игры:
Маунты (англ. mount — опора, подставка) — верёвка обматывается вокруг пальцев, после чего на один из полученных отрезков ловится йо-йо. Простейшим «маунтом» является «трапеция» — после броска вбок йо-йо делает оборот вокруг пальца руки, не делавшей бросок («свободной руки») и приземляется на верёвки.
Хопы (англ. hop — прыжок) — после выполнения «маунта» игрок резко увеличивает натяжение верёвки (в редких случаях — придавая импульс своим телом, однако такое выполнение «хопа» считается неверным), заставляя йо-йо подлететь, после чего его ловят либо на тот же, либо на другой отрезок верёвки, задействованный в «маунте».
Випы (англ. whip — кнут, удар кнутом) — игрок захватывает в каком-либо месте верёвку, после чего подкручивающим движением забрасывает получившуюся петлю на йо-йо. Практически единственный тип трюков, представители которого пригодны к исполнению одной рукой.
Хуки (англ. hook — крючок) — подвид «ласерейшенов», требующий также техники «слэк». Петля оборачивается вокруг пальца, одновременно зацепляя йо-йо.
При выполнении проектной практической работы я узнал об интересном физическом явлении – гироскопическом эффекте; лишний раз убедился на практике, как порой кажущиеся на первый взгляд сложными и неясными физические явления можно внедрить в простые вещи, которые у нас всегда под рукой, как, проявив немного изобретательности и терпения, можно на основе физических законов создать культовую для своей эпохи игрушку, годящуюся в применения людям любого возраста. В ходе изучения литературы по поставленной цели, я выяснил историю Гироскопического эффекта, его основные понятия, открыл для себя несколько новых приборов, помогающих в изучении это физического явления на практике, рассказал про то, чем было Йо-Йо в прошлом , и какой любимая безделушка стала сейчас.
Немаловажным аспектом стало изготовления игрушек своими руками , что помогло углубиться в изучение основ создания Йо-Йо и показать как легко и просто можно Получить из отживших своё вещей уникальный физический прибор.
А теперь, обобщим всё выше перечисленное. Итак , гироскопический эффект - это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве(по направлению своего движения). С этим физическим явлением неразрывно связан прибор гироскоп, помогающий в его изучении. Таким прибором, наглядно демонстрирую принцип своей работы, могут стать детские игрушки : Юла и Йо-Йо`шник. В свою очередь Йо-Йо может быть всевозможных форм и из самых разнообразных материалов , начиная от обычного дерева и пластмассы, и заканчивая ювелирной работой из стекла и драгоценных камней. Потому то она и была популярна среди вельмож и знатных особ, готовых себе позволить дорогую на тот момент безделушку.
Спустя несколько лет Игрушка захватывает молодёжь , притягивая интерес юных любителей физики к себе. Появляется множество разновидностей игры с ней :
1) Стринг;
2) ДаблСтринг;
3) Оффстринг и др.
Начинают проводится соревнования среди умелых .В ходе работы я рассказал вам несколько способов , как из подручных материалов собрать самый простой в изготовлении гироскоп, подарив вторую жизнь вашим деревянным катушкам , колёсам, дискам , крышкам от банок и жестяных вёдер.
Список информационных источников.
* Павлов В.А. Гироскопический эффект, его проявления и использование.
Йо-Йо – игрушка для всех возрастов, основанная на весьма интересном физическом явлении - гироскопическом эффекте, позволяющая пронаблюдать работу этого закона собственными глазами. Как и любая игрушка она во многом поможет прививать любовь к точным наукам у детей , демонстрируя работу и взаимосвязь физических явлений на примере любимой безделушки.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| .Йо-Йо – игрушка для всех возрастов, основанная на весьма интересном физическом явлении - гироскопическом эффекте, позволяющая п | 1.64 МБ |
| prezentatsiya._igrushki_na_osnove_giroskopicheskogo_effekta.pptx | 2.53 МБ |
Предварительный просмотр:
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Игрушки на основе гироскопического эффекта . Кадинцев Игорь МАОУ лицей №11 им.В.В.Рассохина , ученик 10 «Б» класса. Научный руководитель: Мкртычян Елена Георгиевна, учитель физики
Цель работы : изучить принцип работы гироскопического эффекта на примере использования Йо-Йо.
Задачи: изучить литературу по исследуемой теме; с помощью найденной информации выявить и объяснить принцип работы гироскопического эффекта; продемонстрировать явление гироскопического эффекта на примере самодельной игрушки;
Гироскоп и гироскопический эффект. Гироскопический эффект - это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве. Гироско́п — устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено( п ростейший пример гироскопа — юла).
«Гироскоп» моими руками . Простейшим гироскопом может стать не только юла , но и Йо-Йо, демонстрирующая работу прибора в вертикальной плоскости. В современном мире существует огромное количество всевозможных вариаций этой игрушки , от стеклянных , до угле-пластиковых , однако для сборки простейших из них нам всего на всего понадобятся катушки из-под ниток и отработавшие своё части других игрушек детства.
Гироскопы в современной культуре .
Заключение: В заключении хотелось бы сказать об актуальности проводимой работы. Порой совсем не задумываешься о том, как работают привычные вещи вокруг тебя, как были открыты подобные способы использования предметов и можно ли приумножить и улучшить эти механизмы. Заинтересовавшись этим, я провожу это работу для того , что бы познакомить людей с интересным физическим явлением , повсеместно использующимся в нашей жизни их особенностями; и показать, что даже казалось бы ненужная безделушка может приоткрыть тайны физических явлений.
ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ ИГРУШКИ
Стоит лишь быстро раскрутить игрушку-волчок, как он приобретает удивительную устойчивость и не падает набок. Он даже будет оказывать сопротивление попыткам изменить положение оси его вращения. Эти свойства волчка используют в так называемых гироскопических игрушках.
Волчок Кларка
Это игрушка-волчок английского изобретателя Р. Кларка. Из картона вырежьте два диска. С помощью клея соедините их переходной втулкой из ластика получится что-то очень похожее на старую магнитофонную катушку.
Остается в центре катушки просверлить сквозное отверстие, чтобы в него туго входил корпус шариковой ручки. И еще на верхнем диске надо пробить несколько отверстий. Игрушка готова.
Поставьте волчок Кларка на лист плотной бумаги и сильно раскрутите его. Волчок будет долго вращаться — на бумаге останется лишь точка.
А теперь вставьте в ближайшее от оси вращения отверстие свинцовую заклепку. Снова раскрутите волчок. Теперь он, вращаясь, станет перемещаться — на бумаге появятся спирали.
Переставьте заклепку в другое отверстие, и шарик нарисует новую кривую, непохожую на первую.
Объяснить поведение волчка нетрудно. Помимо сил инерции, на вращающуюся игрушку оказывает влияние центробежная сила, величина которой зависит от массы свинцовой заклепки, угловой скорости вращения волчка, расстояния от заклепки до оси вращения.
Волчок Грейга
Эту игрушку запатентовал американский изобретатель Р. Грейг. Корпус игрушки, если его так можно вообще назвать, представляет собой круглый воздушный шарик. Хотя в надутом состоянии оболочка и образует достаточно прочный корпус игрушки, но масса его явно недостаточна, чтобы при вращении создавать большой момент инерции. Грейг сместил центр тяжести игрушки вниз, то есть установил шарик на тяжелую коническую опору. Она состоит всего из двух деталей: сильного постоянного магнита цилиндрической формы и стальной заостренной книзу ножки. Магнит сквозь горловину вставлен внутрь шарика и через оболочку прижимает к себе ножку.
Чтобы заставить такой волчок вращаться, нужно сделать заводной механизм. Он состоит из полой ручки, внутри которой вращается ось, на которой посажены бобина с прочной нитью и зубчатое колесо. К наружному концу привязано кольцо. Второе зубчатое колесо, аналогично опорной ножке, удерживается на оболочке шарика магнитом. Заводной механизм используется только в момент запуска волчка и в его вращении не участвует.
В принципе игрушка Грейга мало чем отличалась бы от обыкновенной юлы, если бы не одна хитрость. Изобретатель наклеил изнутри прямо на оболочку шарика несколько небольших латунных дисков. Что это дало, понять нетрудно. На вращающиеся диски действует центробежная сила. Она стремится отбросить их от оси. Но этому препятствует сила упругости резиновой оболочки шарика. В начальный момент, когда частота вращения наибольшая, оболочка шарика немного деформируется, на ней появляются выпуклые места, которые по мере торможения волчка постепенно уменьшаются.
Остается добавить: чтобы эффективнее работал заводной механизм, его необходимо дополнить храповиком и возвратной пружиной.
Летающий волчок Лопатина
Игрушка К. Лопатина - тоже волчок. Самое необычное в нем то, что ему вовсе не надо опираться на что-то твердое. Если раскрутить игрушку, она полетит. Подъемную силу, уравновешивающую силу тяжести, создает трехлопастный ротор, искусно упрятанный автором внутри цилиндрического корпуса.
Основные детали волчка Лопатина: круглая деревянная палочка, цилиндрический каркас из упругой стальной проволоки, обтянутый тонкой материей, и ротор, изготовленный из дубового или букового шпона.
Сделать такую игрушку нетрудно. Гораздо труднее научиться ею пользоваться. Техника запуска сводится к следующему. Палочку зажимают между ладонями и резким движением рук в горизонтальном направлении раскручивают игрушку. В начальный момент она взлетает невысоко, а потом медленно, парашютируя, опускается вниз.
Так вот задача играющего — не дать упасть игрушке на землю. А это произойдет только в том случае, если частота вращения не будет уменьшаться. Вот для чего изобретатель придумал плеточку с несколькими короткими шнурками. Надо ударять этими шнурками по боковой цилиндрической поверхности волчка и тем самым подпитывать его энергией.
Интересный эффект можно получить, если установить небольшой грузик подальше от оси вращения, например, где-нибудь на проволочном каркасе. В этом случае вращающийся волчок будет еще и перемещаться в сторону, причем по сложной траектории.
Гироскопическая машинка
Эта идея гироскопической игрушки появилась у изобретателя, после просмотра программы «Автородео": известные трюки - езда автомобилей на двух колесах, развороты на 360 и 720°, прыжки через несколько стоящих автомашин.
Двигатель игрушки — маховик. Если его раскрутить, то через несколько шестеренок он будет крутить задние колеса. Кажется, что точно такой же привод установлен на инерционных игрушках.
Но это не так! Две незаметные особенности отличают этот привод от уже известных: маховик выглядит очень массивным, а значит, энергии он накапливает гораздо больше, а вращается маховик относительно не горизонтальной, а вертикальной оси. Вот эти две особенности и позволяют модели ехать не на четырех, а на двух колесах.
Раскрутив маховик, модель пускается по ровному участку трассы. Но вот переднее, а затем заднее колеса с правой стороны наезжают на подъемный мостик. Модель накреняется под углом 45°. Мостик кончается, а она так и продолжает ехать вперед, опираясь лишь на два колеса. Силы инерции уравновешивают силу тяжести, и пока их разность имеет положительную величину, игрушка будет ехать в неустойчивом положении на двух колесах. При замедлении наступает момент, когда силы сравняются. Начиная с этого момента, модель очень медленно начинает опускаться.
Читайте также: