Ruční zařízení se třemi hroty, která se pohybem zápěstí nepřítomně otáčí mezi vašimi prsty, fidget spinnery jsou na dobré cestě stát se top low-tech hračkou roku 2017. Od té doby, co začalo šílenství fidget spinnerů, výrobci vydělali miliony (hraček a dolarů), školy zakázaly větrné mlýny o velikosti dlaně a psychologové prohlásili, že zařízení potenciálně terapeutické.
Jak ale fungují a hlavně, jak je přimět, aby se točily déle a rychleji? Vstupte do fyziky – vaší středoškolské noční můry a klíče k fidget spinner nirváně.
Co je to Fidget Spinner?
Fidget spinnery jsou v podstatě kuličková ložiska s nízkým třením. A je to.
Když se dva předměty přitisknou k sobě, tření zabrání jejich hladkému klouzání. Pokud se pokusíte posunout dřevěný blok po dřevěné podlaze, zjistíte, že nakonec přestane klouzat díky tření mezi těmito dvěma předměty. Ale když koulíte dřevěnou kouli po stejné podlaze, i když se dřevo stále potkává se dřevem, koule se vine, zatímco tření si bere dovolenou. To proto, že valivé tření (
Kuličková ložiska využívají tento úhledný fyzikální trik k vytvoření povrchů s neuvěřitelně nízkým třením. Je známo, že hřídele proudových motorů, strojky hodinek a kolečka skateboardu obsahují kuličková ložiska různých jakostí a koeficientů tření.
Většina fidget spinnerů má kuličkové ložisko přímo ve středu hračky, které držíte, když se točí. Střed se skládá z několika malých kuliček vložených mezi dva kruhové kanály nazývané „vnitřní rasa“ a „vnější rasa“. závod." Bez koulí by se závody točily proti sobě jen na několik okamžiků, dokud by nedošlo k kluznému tření vítězství. Ale díky koulím mezi jejich povrchy se mohou závody točit mnohem déle, pouze pod vlivem valivého tření.
Jak mohu prodloužit svůj Fidget Spinner?
Krátká odpověď je tato: s povrchem bez tření. Bohužel bez superkapalné helium nebo nějaké know-how v oblasti nanotechnologií, je nepravděpodobné, že byste to dokázali vytáhnout pro své potřeby.
Takže nám zbývají strategie pro snížení tření v kuličkovém ložisku. Jeden snadný způsob je namažte ložisko a odstraňte nečistoty což může zvýšit tření mezi rasami. Pokud navrhujete svůj vlastní Fidget spinner, zvážit méně konvenční materiály. Tření, které existuje například mezi keramikou a ocelí, je mnohem menší než tření oceli o ocel. Což znamená, že dvě ocelové rasy točící se o keramické kuličky by mohly vážně vylepšit vaši vrtění.
Jak dlouho mohu nechat svůj Fidget Spinner Spinning?
To závisí na úhlové rychlosti, se kterou jste začínali, píše Rhett Allain, profesor fyziky na Southeastern Louisiana University. WIRED. Allain umístil svůj vlastní fidget spinner (nikdo není v bezpečí) pod laser, aby vypočítal rychlost změny úhlu pozici v průběhu času (něco jako zjišťování rychlosti, kterou jedete, spočítáním, kolik kilometrů ujedete za hodina). Protože se spinner v průběhu času zpomaluje, Allain musel také vypočítat úhlové zrychlení nebo poměrně konstantní rychlost, kterou Fidget spinner zpomaluje směrem k nevyhnutelnému.
Úhlové zrychlení (α) lze také vypočítat vydělením změny úhlové rychlosti (Δ⍵) změnou času (Δt), což zní složitě, ale je to v podstatě totéž, jako když řeknete řidiči, aby vypočítal své zrychlení vydělením aktuální rychlosti vozu dobou jedné minuty před. Trocha mastnoty na loktech a matematiky dává tuto užitečnou rovnici:
α = Δ⍵ / Δt
Nyní, díky Allainovu laseru, víme, že dobrá rotace nám může přinést úhlovou rychlost asi 140 radiánů za sekundu při úhlu zrychlení asi -1,346 radiánu za sekundu (zrychlení je záporné, protože Fidget spinner se zpomaluje, popř. zpomalování). Zapojte tato čísla a zjistíte, že Δt= 104,011. To je 104 sekund skvělé doby otáčení.
Je pravda, že bez laseru, průmyslových materiálů a fyzika by mohlo být složité otestovat kterýkoli z těchto nápadů na vlastní kůži. Ale zaručeně z vás u vašich dětí udělá hit. Pěkná úhlová rychlost, synu, ale ty potřeba pracovat na tom vysokém záporném úhlovém zrychlení.
Funguje pokaždé.
