Ручные трехзубые гаджеты, которые одним движением руки рассеянно крутятся между пальцами, непоседа спиннеры находятся на пути к тому, чтобы стать ведущей низкотехнологичной игрушкой 2017 года. С тех пор, как началось увлечение прядильщиками, производители заработали миллионы (игрушек и долларов), школы запретили ветряные мельницы размером с ладонь, а психологи объявили гаджеты потенциально терапевтический.
Но как они работают и, самое главное, как заставить их вращаться дольше и быстрее? Войдите в физику - ваш школьный кошмар и ключ к нирване с прядильщиками.
Что такое прядильщик непоседы?
Спиннеры Fidget представляют собой шарикоподшипники с низким коэффициентом трения. Вот и все.
Когда два объекта прижимаются друг к другу, трение не позволяет им плавно скользить. Если вы попытаетесь провести деревянным бруском по деревянному полу, вы обнаружите, что в конечном итоге он перестает скользить благодаря трению между этими двумя объектами. Но если вы катите деревянный шар по тому же полу, даже несмотря на то, что дерево все еще встречается с деревом, мяч будет изгибаться, так как трение уходит в отпуск. Это потому, что трение качения (
В шарикоподшипниках используется этот изящный физический трюк для создания поверхностей с невероятно низким коэффициентом трения. Валы реактивных двигателей, часовые механизмы и колеса скейтборда, как известно, имеют шарикоподшипники различных классов и коэффициентов трения.
Большинство спиннеров имеют шарикоподшипник прямо в центре игрушки, который вы держите во время вращения. Центр состоит из нескольких крошечных шариков, зажатых между двумя круглыми каналами, называемыми «внутреннее кольцо» и «внешнее кольцо». гонка." Без мячей гонки будут вращаться друг против друга всего несколько мгновений, пока не будет объявлено трение скольжения. победа. Но, благодаря шарикам между их поверхностями, гонки могут вращаться намного дольше, подверженные только трению качения.
Как я могу увеличить продолжительность работы моего Fidget Spinner?
Краткий ответ таков: с поверхностью без трения. К сожалению, без сверхжидкий гелий или несколько ноу-хау нанотехнологий, вам вряд ли удастся справиться с этим из-за своих беспокойных нужд.
Таким образом, мы остаемся со стратегиями уменьшения трения внутри шарикового подшипника. Один простой способ - это смазать подшипник и очистить от грязи это может увеличить трение между гонками. Если вы разрабатываете свой собственный счетчик Fidget, рассмотреть менее традиционные материалы. Например, трение между керамикой и сталью намного меньше, чем трение между сталью и сталью. Это означает, что две стальные гонки, вращающиеся вокруг керамических шариков, могут серьезно улучшить вашу игру в ерзанье.
Как долго я могу продолжать вращать спиннер Fidget Spinner?
«Это зависит от угловой скорости, с которой вы начали», - пишет Ретт Аллен, профессор физики в Университете Юго-Восточной Луизианы. ПРОВОДНОЙ. Аллен поместил свой спиннер (никто не в безопасности) под лазер, чтобы рассчитать скорость изменения углового положение с течением времени (вроде того, как вычислить скорость, с которой вы едете, подсчитав, сколько миль вы преодолеете за час). Поскольку спиннер со временем замедляется, Аллену также пришлось рассчитать угловое ускорение или довольно постоянную скорость, с которой спиннер Fidget замедляется в сторону неизбежного.
Угловое ускорение (α) также можно рассчитать, разделив изменение угловой скорости (Δ⍵) на изменение во времени (Δt), что звучит сложно, но по сути это то же самое, что попросить водителя рассчитать свое ускорение, разделив текущую скорость автомобиля на то, что было одной минутой. назад. Немного смазки для локтей и математики дают это удобное уравнение:
α = Δ⍵ / Δt
Теперь, благодаря лазеру Аллена, мы знаем, что хорошее вращение может дать нам угловую скорость около 140 радиан в секунду при угловой скорости вращения. ускорение около -1,346 радиан в секунду (ускорение отрицательное, потому что спиннер Fidget замедляется, или замедление). Подставьте эти числа, и вы обнаружите, что Δt = 104,011. Это 104 секунды великолепного времени вращения.
По общему признанию, без лазера, материалов промышленного уровня и физика было бы сложно проверить любую из этих идей самостоятельно. Но это гарантированно сделает вас популярным среди ваших детей. Хорошая угловая скорость, сынок, но ты необходимость работать над этим высоким отрицательным угловым ускорением.
Работает каждый раз.
