Китайский волчок, волчок Томсона, Тип-топ — волчок, обладающий свойством переворачиваться в процессе вращения.
Сравнение с обычным волчком
Обычный волчок после раскручивания (в любую сторону) обладает следующими тремя свойствами:
- направление вращения постоянно
- в процессе вращения точка на волчке, касающаяся плоскости, не изменяется
- расстояние от центра тяжести до точки опоры в процессе остается тем же
На первый взгляд кажется, что эти три свойства должны наблюдаться у любого волчка (не содержащего внутри источника энергии). Однако, необычная форма и неравномерное распределение массы по телу волчка может привести к иному характеру вращения — на первый взгляд, противоречащему законам сохранения: через некоторое время после начала вращения волчок переворачивается и начинает вращаться, касаясь плоскости другой своей точкой; направление вращения изменяется на противоположное, а центр тяжести поднимается. Такие волчки называют китайский волчок или волчок Томсона.
Физика явления
Основная идея заключается в появлении момента сил трения, и соответствующей гироскопической прецессии[1], которые в итоге поворачивают волчок (за счёт необычной формы волчка) и в конце концов волчок встаёт на ножку.[2][3].
В известных публикациях считается, что скорость точки контакта с плоскостью, по которой происходит движение, равна нулю[3][4]. П. Контенсу указал[4], что такая постановка задачи не даёт правильной физической картины движения волчка. В. Ф. Журавлёв и Д. М. Климов ввели в точке контакта силы сухого трения и полностью объяснили необычное движение китайского волчка[5].
История
Впервые на необычные динамические свойства китайских волчков обратил внимание лорд Кельвин[6]. В 1891 году на одну из форм китайского волчка под названием «wendekreisel» был выдан германский патент №63261[7]. Однако, в патенте были указаны неправильные параметры волчка — если точно им следовать, он не будет переворачиваться (вероятно, для затруднения копирования конкурентами). В 1950 году волчок переоткрыл датский инженер Werner Ostberg, который также получил на него патент[8]. С тех пор волчки приобрели в мире большую популярность.
См. также
Примечания
- ↑ Перри Дж. Вращающийся волчок, Одесса, Mathesis, 1912. — 127с. с.46.
- ↑ Сайт «Научная Сеть». Механика твердого тела. Лекции. nature.web.ru
- 1 2 К. Магнус. Гироскоп. Теория и применение. М., 1974. (о сферическом волчке со смещённым центром тяжести)
- 1 2 П. Контенсу. Связь между трением скольжения и трением верчения и её учёт в теории волчка. // Проблемы гироскопии. М.: Мир, 1967. С. 60-77.
- ↑ В. Ф. Журавлев, Д. М. Климов. О динамике волчка Томсона (тип-топ) на плоскости с реальным сухим трением. // Изв. МТТ. 2005. № 6. С. 157—168.
- ↑ J. Perry: «Spinning Tops», Society for promoting Christian knowledge (1890, есть русский перевод 1935) — история дискуссий Кельвина с коллегами по этому вопросу
- ↑ Патент 1891 года. (PDF-документ. Загрузка 105 Кбайт) fysikbasen.dk (нем.)
- ↑ Патент 1995 года. v3.espacenet.com (англ.)
Литература
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 3-е, исправленное и дополненное. — М.: Наука, 1989. — Т. I. Механика. — 576 с. — ISBN 5-02-014054-6.
- Перри Дж. Вращающийся волчок. М.; Л.: Гл. ред. науч.-попул. и юнош. лит., 1935. 92 с.
Ссылки
- Описание с иллюстрациями. igrudom.ru
- Glad, S. Torkel; Daniel Petersson; and Stefan Rauch-Wojciechowski (2007). “Phase Space of Rolling Solutions of the Tippe Top”. Symmetry, Integrability and Geometry: Methods and Applications (SIGMA). 3. (англ.)
- В. А. Алешкевич, Л. Г. Деденко, В. А. Караваев «Лекции по механике твердого тела», Из-во МГУ, 1997. astronet.ru
- Stefan Ebenfeld, Florian Scheck «A new analysis of the tippe top: Asymptotic states and Liapunov stability». arxiv.org (англ.)
- Описание с иллюстрациями. fysikbasen.dk (англ.)
- Описание с иллюстрациями. me598.wikidot.com (англ.)
- Видео. (Формат MOV. Загрузка 1,8 Мбайт) fysikbasen.dk
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .