.
Меню сайта
|
"Волчок""Волчок"Кто в детстве не увлекался замечательной пестро раскрашенной игрушкой — волчком? Она зачаровывает своим удивительным поведением: стоит ее раскрутить — и она «как живая». В магазине можно купить большой красивый волчок; он состоит из двух соединенных полуконусов, по оси которых пропущен стержень со спиральной навивкой. Поднимая и опуская заводную ручку, волчок можно сильно раскрутить. Однако это не обязательная конструкция волчка. Можно просто вырезать диск из плотного картона и в его центр вставить спичку. Очень хорошие волчки получаются из массивных металлических дисков с тонкой осью и острой ножкой. Старые часы — это целый клад волчков, больших и маленьких. Там что ни зубчатое колесико с осью, то и волчок.
До того, пока волчок не раскрутили, он ничем не интересен. Никакие попытки заставить волчок «стоять», когда он неподвижен, не увенчаются успехом. Но стоит сообщить ему вращательное движение, и он прочно стоит на своей ножке, причем тем прочнее и устойчивее, чем быстрее вращается и чем острее его ножка, т. е. чем меньше сила трения в точке упора. Именно вращательное движение — причина его устойчивости. Из-за трения скорость его постепенно падает, он начинает качаться и, наконец, остановившись, валится на бок. Если волчок хорошо раскрутить, то он обязательно стремится стать вертикально, даже если первоначально его ось была наклонена. Более того, стоит легонько толкнуть его, он качнется раз-другой и снова примет вертикальное положение. По законам своего движения волчок устанавливается всегда так, чтобы направление силы тяжести и ось вращения совпадали. Если ножка волчка недостаточно остра или если скорость вращения мала, волчок не стоит как вкопанный, а совершает своеобразные колебания, которые называются прецессией: ось волчка описывает в пространстве конус вокруг вертикальной линии. Волчок — это лишь один из многочисленных примеров вращающихся тел. В общем виде законы вращения тел очень сложны, но, если у тела правильная геометрическая форма, его вращение подчиняется довольно простым закономерностям. Главная из них — устойчивость вращающегося тела относительно оси вращения. Чтобы пуля при полете не «кувыркалась» в воздухе, ей придается вращательное движение. Это достигается винтовой нарезкой в ружейном стволе (отсюда и название — винтовка). Вращающаяся пуля на протяжении своего полета сохраняет направление своей оси. Видали ли вы в цирке, как эквилибрист вращает на тонких палочках тарелки? Вращаясь, они приобретают ту же самую устойчивость, что и волчок. Эквилибристу остается лишь следить, чтобы ось вращения в точности проходила через центр тяжести тарелочки (рис. 9).
Волчок — это не только игрушка. Удивительная устойчивость вращающегося диска широко применяется в науке и технике. В так называемом гироскопическом стабилизаторе вращающийся диск придает устойчивость всей системе, в которой он закреплен. Быстро вращаясь, диск активно «сопротивляется» изменению оси вращения. На этом принципе на морских судах работают механизмы, гасящие качку. Изобретен и такой волчок: его ось заключена в специальной подвеске и может свободно в ней вращаться. Диск волчка раскручивается электромотором. Это так называемый гироскоп (рис. 10). Гироскоп, оказывается, может выполнять роль компаса! Если его сильно раскрутить, ось его принимает направление земного меридиана, т. е. будет направлена с юга на север. Такой волчок называется гирокомпасом. У него ряд преимуществ перед магнитным компасом. В частности, магнитные силовые линии Земли направлены не строго по меридианам, и, следовательно, магнитная стрелка не всегда правильно показывает север или юг. Особенно это заметно вблизи полюсов Земли. Здесь-то лучше всего пользоваться гирокомпасом. Кстати, сама Земля — гигантский волчок, который делает один оборот за сутки. Любопытно, что вращение Земли вокруг оси подвержено прецессионным колебаниям, как будто бы ее ось «толкнули». Солнце — тоже гигантский волчок; скорость вращения его экваториальных областей — один оборот за 25 дней и 9 часов. По-видимому, все звезды во Вселенной вращаются вокруг своей оси, и не только звезды, но и звездные скопления — туманности и галактики. Вращение физических тел распространяется не только на космические тела, но и в глубь материи, на молекулы, атомы и элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны и т. д.). У элементарных ядерных частиц это вращение получило специальное название — спин (по-английски to spin значит вращаться). Многие свойства вещества объясняются вращением элементарных частиц, атомов и молекул. Глядя на как бы неподвижный поющий волчок, который так прочно стоит, опираясь на одну точку, вспомни, что он воспроизводит явление, присущее всей природе.
|
ПОИСК
Block title
|