Портативні трикутні гаджети, які одним рухом зап'ястя розсіяно крутяться між вашими пальцями, непосиди вони на хорошому шляху до того, щоб стати найкращою низькотехнологічною іграшкою 2017 року. З тих пір, як захоплення фіджет-спінерами почало, виробники заробили мільйони (іграшок і доларів), школи заборонили вітряки розміром з долоню, а психологи заявили про гаджети потенційно терапевтичний.
Але як вони працюють і, головне, як змусити їх обертатися довше і швидше? Увійдіть у фізику — ваш шкільний кошмар і ваш ключ до фіджетної нірвани.
Що таке Fidget Spinner?
Fidget spinners, по суті, є кульковими підшипниками з низьким тертям. Це воно.
Коли два предмети тиснуть один на одного, тертя перешкоджає їм плавно ковзати. Якщо ви спробуєте ковзати дерев’яну плиту по дерев’яній підлозі, ви побачите, що вона зрештою перестане ковзати завдяки тертю між цими двома об’єктами. Але якщо ви покотите дерев’яну кулю по тій самій підлозі, незважаючи на те, що дерево все ще зустрічається з деревом, м’яч блукає, оскільки тертя йде на відпочинок. Це тому, що тертя кочення (
Кулькові підшипники використовують переваги цього акуратного фізичного трюка для створення поверхонь з неймовірно низьким рівнем тертя. Відомо, що вали реактивного двигуна, механізми годинників і колеса скейтборду мають кулькові підшипники різних класів і коефіцієнтів тертя.
Більшість вертлюг мають кулькову опору прямо в центрі іграшки, яку ви тримаєте під час її обертання. Центр складається з кількох крихітних кульок, затиснутих між двома круглими каналами, які називаються «внутрішньою гоничкою» та «зовнішньою раса». Без кульок перегони оберталися б один проти одного лише кілька моментів, поки не виявилося тертя ковзання. перемога. Але завдяки кулькам між їх поверхнями скачки можуть крутитися набагато довше, піддаючись лише тертю кочення.
Як я можу зробити свій Fidget Spinner довшим?
Коротка відповідь така: з поверхнею без тертя. На жаль, без надрідкий гелій або деякі ноу-хау нанотехнологій, навряд чи вам вдасться це зробити для своїх метушливих потреб.
Тож у нас залишилися стратегії зменшення тертя в кульковому підшипнику. Одним із простих способів є змастіть підшипник і очистіть від забруднень що може збільшити тертя між гонками. Якщо ви створюєте свій власний спінер Fidget, розглянемо менш звичайні матеріали. Тертя, яке існує між керамікою та сталлю, наприклад, набагато менше, ніж сталь про сталь. Це означає, що дві сталеві раси, що обертаються навколо керамічних куль, можуть серйозно покращити вашу метушливу гру.
Як довго я можу крутити свій Fidget Spinner?
Це залежить від кутової швидкості, з якої ви починали, пише Ретт Аллен, професор фізики Університету Південно-Східної Луїзіани. ДРОТОВИЙ. Аллен помістив свій власний фіджет-спиннер (ніхто не застрахований) під лазером, щоб обчислити швидкість зміни кута положення з часом (щоб визначити швидкість, яку ви їдете, обчислюючи, скільки миль ви долете за година). Оскільки спінер з часом сповільнюється, Аллену довелося також розрахувати кутове прискорення або досить постійну швидкість, з якою спінер Fidget сповільнюється до неминучого.
Кутове прискорення (α) також можна розрахувати, поділивши зміну кутової швидкості (Δ⍵) на зміну часу (Δt), що звучить складно, але по суті це те саме, що сказати водієві розрахувати своє прискорення, розділивши поточну швидкість автомобіля на одну хвилину тому. Трохи змащення ліктів і математики дає це зручне рівняння:
α = Δ⍵ / Δt
Тепер, завдяки лазеру Аллена, ми знаємо, що хороший спін може отримати кутову швидкість близько 140 радіанів в секунду при кутовій прискорення приблизно -1,346 радіана в секунду (прискорення від’ємне, оскільки вертушка Fidget сповільнюється, або уповільнення). Підставте ці числа, і ви побачите, що Δt= 104,011. Це 104 секунди чудового часу обертання.
Правда, без лазера, промислових матеріалів і фізика може бути складно перевірити будь-яку з цих ідей самостійно. Але це гарантовано зробить вас хітом серед ваших дітей. Гарна кутова швидкість, синку, але ти потреба працювати на цьому високому негативному кутовому прискоренні.
Працює щоразу.
