อุปกรณ์สามง่ามแบบใช้มือถือที่เพียงแค่สะบัดข้อมือ หมุนไปมาระหว่างนิ้วของคุณโดยไม่รู้ตัว ฟิดเจ็ตสปินเนอร์ กำลังจะกลายเป็นของเล่นที่มีเทคโนโลยีต่ำอันดับต้น ๆ ของปีพ. ศ. 2560 นับตั้งแต่ความคลั่งไคล้สปินเนอร์เริ่มแพร่หลาย ผู้ผลิตทำเงินได้หลายล้าน (ของเล่นและดอลลาร์) โรงเรียนต่างๆ ได้สั่งห้ามกังหันลมขนาดเท่าฝ่ามือ และนักจิตวิทยาได้ประกาศแกดเจ็ต การรักษาที่เป็นไปได้.
แต่พวกมันทำงานอย่างไร และที่สำคัญที่สุด คุณจะทำให้มันหมุนได้นานขึ้นและเร็วขึ้นได้อย่างไร เข้าสู่ฟิสิกส์—ฝันร้ายในโรงเรียนมัธยมปลายของคุณและกุญแจสู่นิพพานปั่นด้าย
Fidget Spinner คืออะไร?
Fidget spinners เป็นตลับลูกปืนที่มีแรงเสียดทานต่ำ แค่นั้นแหละ.
เมื่อวัตถุสองชิ้นกดทับกัน การเสียดสีจะป้องกันไม่ให้เลื่อนไปมาอย่างราบรื่น หากคุณพยายามสไลด์ท่อนไม้บนพื้นไม้ คุณจะพบว่าในที่สุดมันก็หยุดเลื่อนเนื่องจากการเสียดสีระหว่างวัตถุทั้งสองนี้ แต่ถ้าคุณกลิ้งลูกบอลไม้บนชั้นเดียวกันนั้น แม้ว่าไม้จะยังคงพบกับไม้ ลูกบอลก็จะคดเคี้ยวไปตามการเสียดสีต้องใช้เวลาพักร้อน นั่นเป็นเพราะแรงเสียดทานจากการกลิ้ง (เรียกชื่อผิด) อ่อนกว่าความเสียดทานในการเลื่อนแบบวิ่งของโรงสีมาก เนื่องจากพื้นผิวสัมผัสระหว่างลูกบอลกับพื้นค่อนข้างไม่มีนัยสำคัญ
ตลับลูกปืนใช้ประโยชน์จากเคล็ดลับทางฟิสิกส์ที่ประณีตนี้เพื่อสร้างพื้นผิวที่มีแรงเสียดทานต่ำอย่างเหลือเชื่อ เพลาเครื่องยนต์ไอพ่น การเคลื่อนไหวของนาฬิกา และล้อสเก็ตบอร์ดล้วนเป็นที่รู้จักกันดีว่ามีตลับลูกปืนเกรดต่างๆ และค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสี
นักปั่นที่อยู่ไม่สุขส่วนใหญ่มีตลับลูกปืนอยู่ตรงกลางของของเล่น ซึ่งเป็นสิ่งที่คุณถืออยู่ขณะหมุน ศูนย์กลางประกอบด้วยลูกบอลขนาดเล็กหลายลูกประกบระหว่างช่องวงกลมสองช่องที่เรียกว่า "การแข่งขันภายใน" และ "ด้านนอก แข่ง." หากไม่มีลูกบอล การแข่งขันจะหมุนเข้าหากันเพียงครู่เดียวเท่านั้น จนกว่าจะประกาศแรงเสียดทานแบบเลื่อน ชัยชนะ. แต่ต้องขอบคุณลูกบอลที่อยู่ระหว่างพื้นผิวของมัน ทำให้การแข่งขันสามารถหมุนได้นานขึ้น โดยขึ้นอยู่กับแรงเสียดทานจากการกลิ้งเท่านั้น
ฉันจะทำให้ Fidget Spinner ของฉันยาวขึ้นได้อย่างไร
คำตอบสั้น ๆ คือ: ด้วยพื้นผิวที่ไม่มีการเสียดสี น่าเสียดายที่ไม่มี superliquid ฮีเลียม หรือบางส่วน นาโนเทคโนว์ฮาวคุณไม่น่าจะสามารถดึงสิ่งนั้นออกมาได้ตามความต้องการของคุณ
ดังนั้นเราจึงเหลือกลยุทธ์ในการลดแรงเสียดทานภายในตลับลูกปืน วิธีง่ายๆ วิธีหนึ่งคือ หล่อลื่นแบริ่งและทำความสะอาดสิ่งสกปรก ที่อาจเพิ่มแรงเสียดทานระหว่างเผ่าพันธุ์ หากคุณกำลังออกแบบฟิดเจ็ตสปินเนอร์ของคุณเอง พิจารณาวัสดุธรรมดาน้อยลง. แรงเสียดทานที่มีอยู่ระหว่างเซรามิกกับเหล็กกล้านั้นน้อยกว่าเหล็กกล้ามาก ซึ่งหมายความว่าสองเผ่าพันธุ์เหล็กที่หมุนรอบลูกบอลเซรามิกสามารถอัพเกรดเกมที่กระวนกระวายใจของคุณได้อย่างจริงจัง
ฉันสามารถปั่น Fidget Spinner ได้นานแค่ไหน?
นั่นขึ้นอยู่กับความเร็วเชิงมุมที่คุณเริ่มต้นด้วย Rhett Alllain ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Southeastern Louisiana เขียนไว้ WIRED. อัลเลนวางเครื่องหมุนเหวี่ยงของตัวเอง (ไม่มีใครปลอดภัย) ใต้เลเซอร์เพื่อคำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงในเชิงมุม ตำแหน่งเมื่อเวลาผ่านไป (คล้ายกับการหาความเร็วที่คุณกำลังขับโดยการคำนวณระยะทางที่คุณครอบคลุมต่อ ชั่วโมง). เนื่องจากสปินเนอร์ทำงานช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป อัลเลนจึงต้องคำนวณความเร่งเชิงมุมด้วย หรืออัตราคงที่ค่อนข้างคงที่ที่สปินเนอร์ Fidget ช้าลงไปทางที่หลีกเลี่ยงไม่ได้
ความเร่งเชิงมุม (α) สามารถคำนวณได้ด้วยการหารการเปลี่ยนแปลงของความเร็วเชิงมุม (Δ⍵) ด้วยการเปลี่ยนแปลงของเวลา (Δt) ซึ่งฟังดูยาก แต่โดยพื้นฐานแล้วมันเหมือนกับการบอกคนขับให้คำนวณอัตราเร่งโดยหารความเร็วปัจจุบันของรถด้วยหนึ่งนาที ที่ผ่านมา. จาระบีข้อศอกและคณิตศาสตร์เล็กน้อยให้สมการที่มีประโยชน์นี้:
α = Δ⍵ / Δt
ต้องขอบคุณเลเซอร์ของอัลเลน เรารู้ว่าการหมุนที่ดีจะทำให้เรามีความเร็วเชิงมุมได้ประมาณ 140 เรเดียนต่อวินาทีที่เชิงมุม ความเร่งประมาณ -1.346 เรเดียนต่อวินาที (ความเร่งเป็นลบเนื่องจากตัวหมุน Fidget ช้าลง หรือ ช้าลง) ใส่ตัวเลขเหล่านั้นเข้าไปแล้วคุณจะพบว่า Δt= 104.011 นั่นคือเวลาหมุนอันรุ่งโรจน์ 104 วินาที
เป็นที่ยอมรับว่าหากไม่มีเลเซอร์ วัสดุเกรดอุตสาหกรรม และนักฟิสิกส์ การทดสอบแนวคิดเหล่านี้ด้วยตนเองอาจเป็นเรื่องยาก แต่รับประกันได้ว่าจะทำให้คุณประทับใจกับลูกๆ ของคุณ ความเร็วเชิงมุมที่ดี ลูกเอ๋ย แต่เจ้า ความต้องการ เพื่อทำงานกับความเร่งเชิงมุมเชิงลบที่สูงนั้น
ทำงานทุกครั้ง
