Interested Article - Китайский волчок

Демонстрация переворачивания китайского волчка

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 , которые в итоге поворачивают волчок (за счёт необычной формы волчка) и в конце концов волчок встаёт на ножку. .

В известных публикациях считается, что скорость точки контакта с плоскостью, по которой происходит движение, равна нулю . П. Контенсу указал , 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 .

История

Впервые на необычные динамические свойства китайских волчков обратил внимание лорд Кельвин . В 1891 году на одну из форм китайского волчка под названием «wendekreisel» был выдан германский патент №63261 . 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 . 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. от 28 мая 2019 на Wayback Machine
↑ К. Магнус. Гироскоп. Теория и применение. М., 1974. (о сферическом волчке со смещённым центром тяжести)
↑ 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) от 14 сентября 2016 на Wayback Machine (нем.)
Патент 1995 года. (англ.)

Литература

Сивухин Д. В. . — 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.
Кривошлыков С. А. // Квант . — 1971. — № 10 . — С. 21—25 .

Ссылки

Описание с иллюстрациями. от 3 декабря 2009 на Wayback Machine
Glad, S. Torkel; Daniel Petersson; and Stefan Rauch-Wojciechowski. (неопр.) // Symmetry, Integrability and Geometry: Methods and Applications (SIGMA). — 2007. — Т. 3 . (англ.)
В. А. Алешкевич, Л. Г. Деденко, В. А. Караваев «Лекции по механике твердого тела», Из-во МГУ, 1997. от 2 февраля 2009 на Wayback Machine
Stefan Ebenfeld, Florian Scheck «A new analysis of the tippe top: Asymptotic states and Liapunov stability». (англ.)
Описание с иллюстрациями. (англ.)
Описание с иллюстрациями. от 31 января 2008 на Wayback Machine (англ.)
Видео. (Формат MOV . Загрузка 1,8 Мбайт) от 28 сентября 2007 на Wayback Machine