Русская Википедия:Китайский волчок
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 свойствами:
- в процессе вращения точка на волчке, касающаяся жесткой плоскости, не изменяется
- высота центра тяжести волчка в процессе остается постоянной
На первый взгляд кажется, что эти свойства должны наблюдаться у любого волчка (не содержащего внутри источника энергии). Однако, благодаря специальной форме и распределению массы по телу волчка может возникнуть усложненное вращение: через некоторое время после начала вращения из положения ножкой кверху волчок переходит в стадию вращения на боку ножкой горизонтально, а затем скачкообразно переворачивается на ножку с поднятием центра тяжести и начинает вращаться, касаясь плоскости вершиной ножки с сохранением направления вращения. Следует отметить, что знак момента импульса в течение процесса вращения не изменяется. 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
Литература
- Книга:Сивухин Д.В.: Механика
- Перри Дж. Вращающийся волчок. М.; Л.: Гл. ред. науч.-попул. и юнош. лит., 1935. 92 с.
- Шаблон:Статья
Ссылки
- Описание с иллюстрациями. igrudom.ru Шаблон:Wayback
- Шаблон:СтатьяШаблон:Ref-en
- В. А. Алешкевич, Л. Г. Деденко, В. А. Караваев «Лекции по механике твердого тела», Из-во МГУ, 1997. astronet.ru Шаблон:Wayback
- Stefan Ebenfeld, Florian Scheck «A new analysis of the tippe top: Asymptotic states and Liapunov stability». arxiv.orgШаблон:Ref-en
- Описание с иллюстрациями. fysikbasen.dkШаблон:Ref-en
- Описание с иллюстрациями. me598.wikidot.com Шаблон:WaybackШаблон:Ref-en
- Видео. (Формат MOV. Загрузка 1,8 Мбайт) fysikbasen.dk Шаблон:Wayback
- ↑ Перри Дж. Вращающийся волчок, Одесса, Mathesis, 1912. — 127с. с.46.
- ↑ Сайт «Научная Сеть». Механика твердого тела. Лекции. nature.web.ru Шаблон:Wayback
- ↑ 3,0 3,1 К. Магнус. Гироскоп. Теория и применение. М., 1974. (о сферическом волчке со смещённым центром тяжести)
- ↑ 4,0 4,1 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. Журавлёв, 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 Шаблон:WaybackШаблон:Ref-de
- ↑ Патент 1995 года. v3.espacenet.comШаблон:Ref-en