Механика твердого тела. Семенов М.В - 29 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

29
Ëåêöèîííûå äåìîíñòðàöèè
2.11. Âðàùåíèå äåðåâÿííîãî ÿéöà
Äâèæåíèå âîë÷êîâ îòëè÷àåòñÿ îò äâèæåíèÿ ãèðîñêîïîâ òåì, ÷òî â
îáùåì ñëó÷àå îíè íå èìåþò íè îäíîé íåïîäâèæíîé òî÷êè. Òåîðèÿ äâèæåíèÿ
âîë÷êà äîñòàòî÷íî ñëîæíà è â êóðñå îáùåé ôèçèêè ïîäðîáíî íå ðàññìàòðè-
âàåòñÿ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íà äâèæåíèå âîë÷êà âàæíîå âëèÿíèå îêàçûâàåò
ñèëà òðåíèÿ â òî÷êå åãî ñîïðèêîñíîâåíèÿ ñ ïîâåðõíîñòüþ, íà êîòîðîé îí
âðàùàåòñÿ. Áûñòðî çàêðó÷åííûé âîë÷îê ñòðåìèòñÿ âðàùàòüñÿ â òàêîì ïîëî-
æåíèè, ÷òîáû åãî öåíòð ìàññ íàõîäèëñÿ êàê ìîæíî âûøå.  ñëó÷àå ÿéöåîá-
ðàçíîãî âîë÷êà âðàùåíèå «íà áîêó» íåóñòîé÷èâî, è âîë÷îê ïîäíèìàåòñÿ,
ïðîäîëæàÿ óñòîé÷èâîå âðàùåíèå íà áîëåå îñòðîì êîíöå äî òåõ ïîð, ïîêà åãî
óãëîâàÿ ñêîðîñòü íå ñíèçèòñÿ íèæå íåêîòîðîé êðèòè÷åñêîé âåëè÷èíû, ïîñëå
÷åãî îí óïàäåò.
Äëÿ äåìîíñòðàöèè
ýòîãî ÿâëåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ
ñïåöèàëüíî âûòî÷åííîå äå-
ðåâÿííîå «ÿéöî», êîòîðîå
çàêðó÷èâàåòñÿ íà àóäèòîðíîì
ñòîëå (ðèñ. 2.11). Ìîæíî òàê-
æå ïðîäåëàòü ýòîò îïûò ñ äâó-
ìÿ êóðèíûìè ÿéöàìè, îäíî
èç êîòîðûõ ñâàðåíî âêðóòóþ,
à äðóãîå îñòàâëåíî ñûðûì. Â
ïîñëåäíåì ñëó÷àå ðàñêðóòèòü
ÿéöî íå óäàåòñÿ èç-çà íàëè-
÷èÿ âíóòðè íåãî æèäêîãî ñî-
äåðæèìîãî. Çàìåòèì, ÷òî íå
êàæäîå êðóòîå ÿéöî ìîæíî,
ðàñêðóòèâ, ïîñòàâèòü íà îñò-
ðûé êîíåö. Ýòî ñâÿçàíî ñ
òåì, ÷òî âîçäóøíûé ìåøîê,
êîòîðûé åñòü â ÿéöå, ìîæåò
ðàñïîëàãàòüñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òî öåíòð ìàññ îêàæåòñÿ ñìåùåííûì áëèæå ê
îñòðîìó êîíöó, è ÿéöî áóäåò óñòîé÷èâî âðàùàòüñÿ íà òóïîì êîíöå.
2.12. Êèòàéñêèé âîë÷îê
Äëÿ äåìîíñòðàöèè èñïîëüçóåòñÿ âîë÷îê ñïåöèàëüíîé ôîðìû, ïðåäñòàâ-
ëÿþùèé èç ñåáÿ óñå÷åííûé øàð ñ îñüþ â âèäå êîðîòêîãî ñòåðæíÿ, ðàñïîëî-
æåííîãî âäîëü îñè ñèììåòðèè (ðèñ. 2.12).
Öåíòð ìàññ òàêîãî âîë÷êà ðàñïîëîæåí
íèæå öåíòðà øàðà, è åãî áûñòðîå âðàùå-
íèå îñüþ ââåðõ íåóñòîé÷èâî. Ïîñëå ðàñ-
êðó÷èâàíèÿ â òàêîì ïîëîæåíèè âîë÷îê
ïîñòåïåííî ïåðåâîðà÷èâàåòñÿ, âñòàåò íà
îñü, êàê íà íîæêó, è ïðîäîëæàåò íåêî-
òîðîå âðåìÿ óñòîé÷èâî âðàùàòüñÿ íà íåé.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â ïðîöåññå ïåðå-
âîðà÷èâàíèÿ êèòàéñêîãî âîë÷êà åãî ìî-
ìåíò èìïóëüñà ñîõðàíÿåò ñâîå íàïðàâëå-
íèå â ïðîñòðàíñòâå, òî åñòü âîë÷îê ïîñëå
ïåðåâîðîòà âðàùàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ñòî-
Ðèñ.2.11
Ðèñ.2.12
Ëåêöèîííûå äåìîíñòðàöèè                                              29
        2.11. Âðàùåíèå äåðåâÿííîãî ÿéöà
        Äâèæåíèå âîë÷êîâ îòëè÷àåòñÿ îò äâèæåíèÿ ãèðîñêîïîâ òåì, ÷òî â
îáùåì ñëó÷àå îíè íå èìåþò íè îäíîé íåïîäâèæíîé òî÷êè. Òåîðèÿ äâèæåíèÿ
âîë÷êà äîñòàòî÷íî ñëîæíà è â êóðñå îáùåé ôèçèêè ïîäðîáíî íå ðàññìàòðè-
âàåòñÿ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íà äâèæåíèå âîë÷êà âàæíîå âëèÿíèå îêàçûâàåò
ñèëà òðåíèÿ â òî÷êå åãî ñîïðèêîñíîâåíèÿ ñ ïîâåðõíîñòüþ, íà êîòîðîé îí
âðàùàåòñÿ. Áûñòðî çàêðó÷åííûé âîë÷îê ñòðåìèòñÿ âðàùàòüñÿ â òàêîì ïîëî-
æåíèè, ÷òîáû åãî öåíòð ìàññ íàõîäèëñÿ êàê ìîæíî âûøå.  ñëó÷àå ÿéöåîá-
ðàçíîãî âîë÷êà âðàùåíèå «íà áîêó» íåóñòîé÷èâî, è âîë÷îê ïîäíèìàåòñÿ,
ïðîäîëæàÿ óñòîé÷èâîå âðàùåíèå íà áîëåå îñòðîì êîíöå äî òåõ ïîð, ïîêà åãî
óãëîâàÿ ñêîðîñòü íå ñíèçèòñÿ íèæå íåêîòîðîé êðèòè÷åñêîé âåëè÷èíû, ïîñëå
÷åãî îí óïàäåò.
        Äëÿ äåìîíñòðàöèè
ýòîãî ÿâëåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ
ñïåöèàëüíî âûòî÷åííîå äå-
ðåâÿííîå «ÿéöî», êîòîðîå
çàêðó÷èâàåòñÿ íà àóäèòîðíîì
ñòîëå (ðèñ. 2.11). Ìîæíî òàê-
æå ïðîäåëàòü ýòîò îïûò ñ äâó-
ìÿ êóðèíûìè ÿéöàìè, îäíî
èç êîòîðûõ ñâàðåíî âêðóòóþ,
à äðóãîå îñòàâëåíî ñûðûì. Â
ïîñëåäíåì ñëó÷àå ðàñêðóòèòü
ÿéöî íå óäàåòñÿ èç-çà íàëè-
÷èÿ âíóòðè íåãî æèäêîãî ñî-
äåðæèìîãî. Çàìåòèì, ÷òî íå
êàæäîå êðóòîå ÿéöî ìîæíî,
ðàñêðóòèâ, ïîñòàâèòü íà îñò-
ðûé êîíåö. Ýòî ñâÿçàíî ñ
òåì, ÷òî âîçäóøíûé ìåøîê,                        Ðèñ.2.11
êîòîðûé åñòü â ÿéöå, ìîæåò
ðàñïîëàãàòüñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òî öåíòð ìàññ îêàæåòñÿ ñìåùåííûì áëèæå ê
îñòðîìó êîíöó, è ÿéöî áóäåò óñòîé÷èâî âðàùàòüñÿ íà òóïîì êîíöå.

       2.12. Êèòàéñêèé âîë÷îê
       Äëÿ äåìîíñòðàöèè èñïîëüçóåòñÿ âîë÷îê ñïåöèàëüíîé ôîðìû, ïðåäñòàâ-
ëÿþùèé èç ñåáÿ óñå÷åííûé øàð ñ îñüþ â âèäå êîðîòêîãî ñòåðæíÿ, ðàñïîëî-
æåííîãî âäîëü îñè ñèììåòðèè (ðèñ. 2.12).
Öåíòð ìàññ òàêîãî âîë÷êà ðàñïîëîæåí
íèæå öåíòðà øàðà, è åãî áûñòðîå âðàùå-
íèå îñüþ ââåðõ íåóñòîé÷èâî. Ïîñëå ðàñ-
êðó÷èâàíèÿ â òàêîì ïîëîæåíèè âîë÷îê
ïîñòåïåííî ïåðåâîðà÷èâàåòñÿ, âñòàåò íà
îñü, êàê íà íîæêó, è ïðîäîëæàåò íåêî-
òîðîå âðåìÿ óñòîé÷èâî âðàùàòüñÿ íà íåé.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â ïðîöåññå ïåðå-
âîðà÷èâàíèÿ êèòàéñêîãî âîë÷êà åãî ìî-
ìåíò èìïóëüñà ñîõðàíÿåò ñâîå íàïðàâëå-
íèå â ïðîñòðàíñòâå, òî åñòü âîë÷îê ïîñëå
ïåðåâîðîòà âðàùàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ñòî-              Ðèñ.2.12