Техника твоими руками

ВОЛЧОК В ТЕХНИКЕ

В технике широко применяются маховики.

Когда мы имеем дело с паровой машиной или двигателем внутреннего сгорания, маховик совершенно необходим. Возвратно-поступательное движение поршня нужно превратить в равномерное вращение вала. Это делает маховик. Когда его вращают, он запасает (аккумулирует) энергию, а когда сила, вращающая маховик, перестает действовать, он отдает запасенную энергию. Таким образом, маховик сглаживает все толчки, и машина работает равномерно.

Для турбин маховик не нужен — сама турбина является маховиком.

Кинетическая энергия, энергия движения маховика бывает очень большой, она зависит от его размеров и скорости вращения. Даже такой небольшой, легкий, ажурный маховик, как колесо перевернутого велосипеда, если оно сильно раскручено, обладает большой кинетической энергией, и его трудно остановить сразу. Но каждый маховик является еще и волчком. А волчок — это очень интересный прибор, и о нем стоит поговорить подробнее. Вращающийся волчок обладает удивительной устойчивостью.

Проделайте такой опыт. Выньте из вилки велосипеда переднее колесо вместе с осью. Держите ось за концы и попросите кого-нибудь сильно раскрутить колесо. Попробуйте теперь повернуть ось в сторону. Колесо вместе с осью будет сопротивляться вашему намерению изменить направление его оси.

Сделайте волчок из картонного, деревянного или жестяного кружка и спички в качестве оси. Запустите его на столе и наблюдайте за его поведением. Почему волчок не падает? Здесь проявляется закон инерции вращающегося тела. Если бы отсутствовало трение о воздух и стол, то поставленный прямо волчок вращался бы вечно. Когда же волчок вращается наклонно, на него действует, кроме силы трения о стол и трения о воздух, также и сила земного тяготения, которая стремится его опрокинуть.

Ось волчка в результате этого совершает конусообразные движения.

Устойчивость волчка широко используется в технике. Например, гирокомпас, основанный на принципе волчка, гораздо надежнее магнитного, зависящего от окружающих его стальных предметов.

Проделайте опыт, который покажет, как ось вращающегося волчка стремится сохранить свое направление.

Возьмите картонный или жестяной кружок диаметром 15–20 сантиметров, пробейте в его центре маленькое отверстие и проденьте в него шпагат. Завяжите на продетом конце узелок. Другой конец закрепите так, чтобы можно было качать кружок на шпагате, как маятник. Если раскачать его, то кружок будет болтаться как попало.

А теперь проделайте следующее: прежде чем качнуть маятник, раскрутите кружок вокруг бечевки, используя ее как ось вращения. Теперь при качании маятника с вращающимся вокруг своей оси кружком вы увидите совсем другую картину. Кружок будет перемещаться в пространстве, сохраняя постоянный угол наклона к горизонту. Его незримая ось вращения все время сохраняет постоянство своего направления, хотя сам шпагат и изменяет свое положение по отношению к кружку.

Еще один опыт наглядно показывает, как быстрое вращение какого-нибудь тела вокруг своей оси позволяет этому телу сохранять устойчивость в полете. Кто из вас не бросал камешки, чтобы они по нескольку раз отскакивали от воды. Эту игру называют «блинчики». Когда вы берете в руку плоский, желательно округленной формы, камешек и бросаете его наклонно к поверхности пруда или реки, чтобы он несколько раз отскочил от воды, то во время броска указательным пальцем вы ему сообщаете вращение, сами не подозревая об этом.

Теперь уже летит не просто камешек, а волчок.

Он не кувыркается, летит строго по заданному направлению. И когда он своей плоскостью ударяется о воду, то подскакивает, летит дальше, опять ударяется и снова подскакивает, и так далее, пока не исчерпается запас энергии, который вы сообщили ему своей рукой.

Свойство оси вращающегося волчка сохранять постоянство своего направления широко используется в так называемых автопилотах, применяемых в авиации. Летчик устанавливает определенный режим полета, и автопилот, основной частью которого является вращающийся волчок, строго следит за выполнением этого режима. Малейшие отклонения от курса он сейчас же устраняет с помощью рулей.