Библиотека по физике Библиотека по физике
Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


предыдущая главасодержаниеследующая глава

Глава третья. Круговое движение

Почему не падает вращающийся волчок?

Из тысяч людей, забавлявшихся в детстве с волчком, не многие смогут правильно ответить на этот вопрос. Как, в самом деле, объяснить то, что вращающийся волчок, поставленный отвесно или даже наклонно, не опрокидывается, вопреки ожиданиям? Какая сила удерживает его в таком, казалось бы, неустойчивом положении? Разве сила тяжести на него не действует?

Здесь имеет место весьма любопытное взаимодействие сил. Теория волчка непроста, и углубляться в нее мы не станем. Укажем лишь основную причину, вследствие которой вращающийся волчок не падает.

Рис.25. Почему волчок не падает?
Рис.25. Почему волчок не падает?

На рис.25 изображен волчок, вращающийся в направлении стрелок. Обратите внимание на часть А его ободка и на часть В, противоположную ей. Часть А стремится двигаться от вас, часть В - к вам. Проследите теперь, какое движение получают эти части, когда вы наклоняете ось волчка к себе (рис.26). Толчком вы заставляете часть А двигаться вверх, часть В - вниз; обе части получают толчок под прямым углом к их собственному движению. Но так как при быстром вращении волчка круговая скорость частей диска очень велика, то сообщаемая вами незначительная скорость, складываясь с большой круговой скоростью точки, дает равнодействующую, весьма близкую к этой круговой,- и движение волчка почти не меняется. Отсюда понятно, почему волчок как бы сопротивляется попытке его опрокинуть. Чем массивнее волчок и чем быстрее он вращается, тем упорнее противодействует он опрокидыванию.

Рис.26. Вращающийся волчонок, будучи подброшен, сохраняет первоначальное направление своей оси
Рис.26. Вращающийся волчонок, будучи подброшен, сохраняет первоначальное направление своей оси

Сущность этого объяснения непосредственно связана с законом инерции. Каждая частица волчка движется по окружности в плоскости, перпендикулярной к оси вращения. По закону инерции частица в каждый момент стремится сойти с окружности на прямую линию, касательную к окружности. Но всякая касательная расположена в той же плоскости, что и сама окружность; поэтому каждая частица стремится двигаться так, чтобы все время оставаться в плоскости, перпендикулярной к оси вращения. Отсюда следует, что все плоскости в волчке, перпендикулярные к оси вращения, стремятся сохранить свое положение в пространстве, а поэтому и общий перпендикуляр к ним, т. е. сама ось вращения, также стремится сохранить свое направление.

Не будем рассматривать всех движений волчка, которые возникают при действии на него посторонней силы. Это потребовало бы чересчур подробных объяснений. Я хотел лишь разъяснить причину стремления всякого вращающегося тела сохранять неизменным направление оси вращения. Этим свойством широко пользуются в технике. Различные гироскопические (основанные на свойстве волчка) приборы - компасы, стабилизаторы и др.- устанавливаются на кораблях и самолетах 1

1 (Вращение обеспечивает устойчивость снарядов и пуль в полете. Гироскопические приборы применяются для автоматического управления движением летательных аппаратов, ракет, морских судов. Известии также разнообразные навигационные гироскопические приборы, например гирокомпас, гировертикаль, указатель курса и т. д. Целый ряд измерительных гироскопических приборов предназначается для определения характеристик движения тела: угловой скорости, углового ускорения и некоторых других. Во всех перечисленных приборах основным элементом является гироскоп - быстро вращающееся твердое тело, ось вращения которого может изменять свое направление в пространстве.)

Таково полезное использование простой, казалось бы, игрушки.

предыдущая главасодержаниеследующая глава




Пользовательского поиска






© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'PhysicLib.ru: Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru