Экспериментальное исследование движения волчка тип-топ при его автоматизированном раскручивании

Abstract

Волчок тип-топ уже не одно десятилетие является объектом пристального внимания теоретиков и экспериментаторов благодаря эффектному перевороту на 180° во время своего движения. Раскручивание волчка может осуществляться как вручную, так и автоматизированным способом. Автоматизированный запуск имеет ряд преимуществ перед раскручиванием вручную: достигается бóльшая скорость раскручивания, которая может регулироваться в широком диапазоне значений; ось вращения волчка близка к вертикальному положению; исключаются случайные факторы запуска, присутствующие при ручном раскручивании. В работе для автоматизированного запуска волчка используется устройство с полым ротором электродвигателя, позволяющее раскручивать волчок за ножку, а затем выталкивать его на горизонтальную поверхность. Получающиеся при этом траектории движения волчка записываются на видеокамеру, а затем при помощи раскадровки видеоролика восстанавливается след точки касания волчком горизонтальной плоскости. Для детального изучения траекторий движения волчка на горизонтальной поверхности манежа применялась разметка графитовым грифелем, после чего у волчка исчезала способность к перевороту. Данное явление интерпретируется в статье на основе уменьшения трения между контактирующими поверхностями и наличием нижнего граничного значения у силы трения, начиная с которого возможен переворот на 180°. В теоретическом описании переворота волчка на основе нелинейных динамических уравнений это значение силы трения отсутствует