Podręczne trójzębne gadżety, które jednym ruchem nadgarstka kręcą się w roztargnieniu między palcami, Fidget spinners są na dobrej drodze, aby stać się najlepszą zabawką low-tech 2017 roku. Odkąd nastał szał na fidget spinner, producenci zarobili miliony (zabawek i dolarów), szkoły zakazały wiatraków wielkości dłoni, a psycholodzy ogłosili gadżety potencjalnie terapeutyczny.
Ale jak działają i, co najważniejsze, jak sprawić, by obracały się dłużej i szybciej? Wejdź do fizyki — twój koszmar w szkole średniej i klucz do wirującej nirwany.
Co to jest Fidget Spinner?
Fidget spinners to zasadniczo łożyska kulkowe o niskim tarciu. Otóż to.
Gdy dwa przedmioty naciskają na siebie, tarcie uniemożliwia ich płynne przesuwanie. Jeśli spróbujesz przesunąć drewniany klocek po drewnianej podłodze, przekonasz się, że w końcu przestanie się ślizgać dzięki tarciu między tymi dwoma przedmiotami. Ale jeśli przetoczysz drewnianą kulkę po tej samej podłodze, mimo że drewno nadal styka się z drewnem, piłka wije się, gdy tarcie zabiera wakacje. To dlatego, że tarcie toczne (
Łożyska kulkowe wykorzystują tę zgrabną sztuczkę fizyczną do tworzenia powierzchni o niewiarygodnie niskim współczynniku tarcia. Wiadomo, że wały silników odrzutowych, mechanizmy zegarków i kółka do deskorolek mają łożyska kulkowe o różnych klasach i współczynnikach tarcia.
Większość fidget spinnerów ma łożysko kulkowe pośrodku zabawki, czyli to, co trzymasz, gdy się kręci. Środek składa się z kilku maleńkich kulek umieszczonych między dwoma okrągłymi kanałami zwanymi „wewnętrzną rasą” i „zewnętrzną” wyścigi." Bez piłek wyścigi wirowałyby ze sobą tylko przez kilka chwil, dopóki nie ogłoszono tarcia ślizgowego zwycięstwo. Ale dzięki kulkom między ich powierzchniami wyścigi mogą kręcić się znacznie dłużej, podlegając jedynie tarciu tocznemu.
Jak mogę wydłużyć mój Fidget Spinner?
Krótka odpowiedź brzmi: z powierzchnią pozbawioną tarcia. Niestety bez superpłynny hel lub trochę know-how nanotechnologii, prawdopodobnie nie będziesz w stanie tego zrobić dla swoich potrzeb.
Pozostały nam więc strategie zmniejszania tarcia w łożysku kulkowym. Jednym prostym sposobem jest nasmarować łożysko i oczyścić z brudu które mogą zwiększyć tarcie między rasami. Jeśli projektujesz własny fidget spinner, rozważ mniej konwencjonalne materiały. Na przykład tarcie występujące między ceramiką a stalą jest znacznie mniejsze niż tarcie stali o stal. Co oznacza, że dwie stalowe wyścigi kręcące się wokół ceramicznych kulek mogą poważnie ulepszyć twoją grę w wiercenie.
Jak długo mogę utrzymać wirowanie Fidget Spinner?
To zależy od prędkości kątowej, z którą zaczynałeś, pisze Rhett Allain, profesor fizyki z Southeastern Louisiana University, PRZEWODOWY. Allain umieścił swój własny fidget spinner (nikt nie jest bezpieczny) pod laserem, aby obliczyć szybkość zmiany kąta pozycja w czasie (coś w rodzaju obliczania prędkości, którą jedziesz, obliczając, ile mil pokonujesz na godzina). Ponieważ spinner zwalnia z czasem, Allain musiał również obliczyć przyspieszenie kątowe, czyli dość stałą prędkość, z jaką spinner Fidget zwalnia w kierunku nieuniknionego.
Przyspieszenie kątowe (α) można również obliczyć, dzieląc zmianę prędkości kątowej (Δ⍵) przez zmianę czasu (Δt), co wydaje się trudne, ale w zasadzie jest to to samo, co mówienie kierowcy, aby obliczył swoje przyspieszenie, dzieląc aktualną prędkość samochodu przez jedną minutę temu. Odrobina wysiłku i matematyki daje to przydatne równanie:
α = Δ⍵ / Δt
Teraz, dzięki laserowi Allaina, wiemy, że dobry spin może dać nam prędkość kątową około 140 radianów na sekundę przy kącie przyspieszenie około -1,346 radianów na sekundę (przyspieszenie jest ujemne, ponieważ spinner Fidget zwalnia, lub zwalniania). Podłącz te liczby, a zobaczysz, że Δt= 104.011. To 104 sekundy wspaniałego czasu wirowania.
Trzeba przyznać, że bez lasera, materiałów klasy przemysłowej i fizyka samodzielne przetestowanie któregokolwiek z tych pomysłów może być trudne. Ale na pewno sprawi, że będziesz hitem wśród swoich dzieci. Niezła prędkość kątowa, synu, ale ty potrzebować pracować nad tym wysokim ujemnym przyspieszeniem kątowym.
Działa za każdym razem.
