Общ

Разбиране на физиката на Fidget Spinners


Независимо дали смятате въртящите се въртящи се играчки за забавни играчки или невероятно досадни джаджи, всъщност има доста значителна част от физиката, която ги кара да работят. Fidget spinners са по същество малки жироскопи, въвеждащи тези физически принципи, но можем да разберем и други концепции, като играем с въртящите се играчки. Чрез изследване и изучаване на въртящи се въртящи се устройства, можем да разберем експоненциално разпадане, жироскопично движение, триене, инерция и много много повече. Нека да разгледаме физиката, която стои зад въртящите се спинери.

[Източник на изображението: Pixabay]

Жироскопично движение

Пръстените за въртене са по същество джобни жироскопи. Жироскопите са въртящи се устройства, монтирани на ос, използвана за осигуряване на стабилност на тялото чрез съпротивлението на движение, дължащо се на въртящия импулс. Можете да разберете този принцип, когато въртите въртящо устройство. Ако се опитате да завъртите въртящото устройство по начин, който не е успореден на неговата ос на въртене, усещате съпротивление от самата въртяща се машина. Друго лудо нещо се случва, когато играете с въртящо се устройство, което не винаги се движи по начина, който бихте очаквали.

Разглеждайки това по-подробно, оставаме с принципа на жироскопичната прецесия. Можете да видите това по време на работа, ако вземете въртящо се устройство и се опитате да го наклоните напред. Вместо въртящото устройство да се накланя напред, както бихте искали, то се накланя по диагонал, спрямо посоката, в която върти въртящата се машина. Това въртене по диагонал е пряк резултат от жироскопичната прецесия.

Жироскопичната прецесия се дефинира, когато сила се прилага към въртящо се тяло, сила се появява на 90 градуса след точката на удара в посока на въртене. Това е точният принцип в играта, когато се използва въртящо устройство. И така, сега можете да преподавате на други хора малко физика, докато се въртите.

Експоненциално разпадане

Някои хора играят с въртящи се спинери, за да подобрят времето си на въртене. За мнозина въртенето на въртящо се устройство е много по-малко свързано с въртене и малко повече състезание. Ако някога сте прекарвали каквото и да било време в това, тогава вероятно разбирате, че наистина е трудно да се подобри драстично времето на въртене на вашия въртящ се спинер. Може да има смисъл от обща гледна точка, че завъртането на въртящо устройство, двойно по-силно или двойно по-бързо, би довело до удвояване на времето на въртене, но това дори не е близо до това, което всъщност се случва. Това се дължи на принципа на експоненциално разпадане.

Видеото по-горе става много подробно за това как работи този принцип по отношение на въртящите се въртящи се устройства, но ние ще се потопим в него и тук. Като наблюдаваме как честотата и по този начин скоростта на един въртящ се въртящ механизъм се променя с течение на времето, ние оставаме с графика, която демонстрира почти перфектно експоненциално поведение. Наблюдавайки това, виждаме, че с течение на времето скоростта на въртящото се въртене намалява експоненциално с течение на времето. Приемайки този принцип и прилагайки хипотезата, че удвояването на началната скорост би удвоило времето, виждаме, че поради експоненциално разпадане това само увеличава времето с нещо като 1/5. Действителното увеличение на времето ще варира в зависимост от действителното разпадане на конкретния ви въртящ механизъм. Период на разпад настъпва всеки път, когато скоростта на въртящия се механизъм се намали наполовина и във видеото по-горе, това е 40 секунди.

Разбирането на експоненциалното разпадане ни позволява да разберем, че има физически максимален период от време, който един въртящ се спинер може да върти. Можем да опитаме и да се опитаме да увеличим въртенето на спинър, но в крайна сметка просто се борим срещу самите закони на физиката.

Ъглова скорост

Неподвижните спинери могат да се използват като демонстрационни модели за изчисляване на ъгловата скорост. Използвайки просто приложение на вашия смартфон, което измерва честотата, можете да накарате въртящото се устройство да се движи възможно най-бързо и да определите най-високата честота, на която се върти. Сега, в зависимост от това колко възли има вашият спинър, обикновено 3 или 2, трябва да разделите тази честота на съответната сума. Това се дължи на факта, че измерваната честота на звука е колко пъти всеки възел предава микрофона на вашия смартфон. Тъй като се опитвате да изчислите цялата скорост на въртящото устройство и има повече от един възел, трябва да разделите на съответното число.

Трябва да останете с няколко Hz, че вашето устройство за въртене се върти. Чрез измерване на радиуса на вашия въртящ се въртящ механизъм и умножаването му по 2pi и броя на изчислените от вас Hz ви остава скорост в единиците, в които сте измерили радиуса си в секунди - вероятно инчове / s или сантиметри / s. След като преобразувате тези единици в нещо като KPH или MPH, можете да разберете точната скорост, с която се върти вашето въртящо устройство.

Това е чудесен и доста постижим начин да научите децата си на някаква физика и математика, докато се забавлявате с нова играчка.

ВИЖТЕ СЪЩО: Fidget Spinners сега избухват в пламъци и ужасяват децата


Гледай видеото: Fidget Spinner vs Compressed Air (Юни 2021).