Вращение сырых яиц

    Эту статью могут комментировать только участники сообщества.
    Вы можете вступить в сообщество одним кликом по кнопке справа.
    Михаил Белевцев перепечатал из gidepark.com
    0 оценок, 1007 просмотров Обсудить (0)

     

     

    В варианте 1 на дне оболочки присутствует простая жидкость, в которую погружён тяжёлый шарик, она же  играет роль смазки. Трение в жидкости не зависит от давления, а трение о твёрдую поверхность пропорционально давлению. Оболочка в этом варианте легко раскручивается, да быстро останавливается.

     

    В варианте 2 та же жидкость заморожена, шарик приморожен к оболочке, раскрутить эту конструкцию намного труднее, чем предыдущую, но и крутиться она (благодаря большому значению аккумулированного момента импульса) она будет много дольше.

     

    Вариант 3 ближе всего к сырому яйцу. В оболочке тут совсем нет жидкости, а тяжёлый шар подвешен внутри её на упругих растяжках. Крутанув такую конструкцию по часовой стрелке, можем через мгновение наблюдать даже её «откат» - переход во вращение против часовой стрелки. В технике «эффект сырого яйца» давно освоен. Наверно многие встречались с амортизаторами на таких хитрых подвесках.

     

    Но всё сказанное относится к вращению яйца на столе. Вращение его в свободном пространстве будет выглядеть по-иному. Как? Это отдельный разговор.

     

    Возможно этот опус попытаются прочитать не только инженеры, но и естественники, гуманитарии, физики-математики и просто умные люди. Предвижу некоторые сложности с пониманием и вопросы, которые могут возникнуть у моих читателей. Ньютон в таких случаях включал в текст «поучения».

     

    Вопрос 1. Как это возможно одним и тем же движением руки придать разное количество вращения одинаковым по массе и форме яйцам?

     

    Дело в том, что ускоряемое (раскручиваемое) тело наращивает скорость (угловую скорость) движения и, следовательно, источнику силы для сохранения прикладываемого усилия (вращательного момента) приходится самому также ускоряться, то есть развивать всё большую мощность. Но пальцы действуют одинаково во всех случаях, и в случае с сырым яйцом, в какой-то момент уже «не догоняют» его для приложения усилия (а то и тормозят). Вот сырое яйцо, ускоряясь быстрее, и получает меньшее количество   вращения. Мысль эта проста, но многими воспринимается с трудом, следует напрячь мозги.

     

    Вопрос 2. Почему же всё-таки варёное яйцо крутится дольше?

     

    В данном случае при приведении оболочки во вращение щелчком пальцев по ней (коротким рывком), находящийся внутри её в «луже» смазки (жидкости) тяжёлый шар, фактически проскальзывает, и не набирает таких оборотов, как оболочка. То есть во вращательное движение будет приводиться только лёгкая оболочка, и полученный момент импульса аккумулируется в основном только в лёгкой оболочке. У жидкостного трения (в нашем случае, трение шара о смазанную внутреннюю поверхность оболочки) нет трения покоя, и сила жидкостного трения слабо зависит от давления, для того смазка и существует. Потому-то и человек, упираясь шестом в стоящую у причала баржу, через некоторое время сдвигает её с места, а дружная толпа цыган сдвинуть паровоз с места так и не смогла – не смогла преодолеть даже трение качения. Но вес оболочки, с шаром внутри, от вращения никак не изменялся, а величина силы сухого трения при вращении оболочки с шаром о твёрдую поверхность пропорциональна  весу оболочки с шаром (зависит от давления), она будет одинаковой в вариантах 1 и 2. Но  в варианте 1, аккумулированного только в  оболочке вращательного движения, маловато будет для длительного сопротивления трению. А вот в варианте 2 (варёное яйцо) всё по-другому, тут вращение аккумулировано и в оболочке, и в шаре (его просто тупо больше). Поэтому конструкция в варианте 2,  имея большие запасы вращательного движения, при прочих равных условиях, расходовать его на преодоление  трения до полной остановки будет дольше.

    То есть, применимость (расчёт) момента импульса – как меры накопленного (аккумулированного) вращения -  применительно к жидкостям имеет особенности.   Но учебник Поля, хотя это и лучший учебник физики всех времён и народов, всего лишь учебник. А инженер должен руководствоваться, прежде всего, головой, нормативной и справочной документацией, результатами тщательных испытаний, проведёнными по продуманной методике, и только потом - учебником, и никак наоборот.

     

    Для начала разобьём несколько сырых яиц в плошку, и покрутим палочкой содержимое. Видим, содержимое яйца представляет собой похожую на клей субстанцию с ярко выраженной упругостью, а не жидкость типа воды, спирта или глицерина, поведение которых при вращении рассматривает Поль Р.В.

     

    Ясно, поворотом пальцев рук (по сути, щелчком) сырому яйцу мы не сможем придать такой угловой скорости, при которой его содержимое станет крутиться как помешиваемый ложкой чай в стакане. Так что же на самом деле происходит?

     

    Нужно быть очень внимательным во время эксперимента, на что большинство любителей физики неспособно. Когда мы придаём вращение яйцу коротким щелчком, то при этом в коротком интервале времени щелчка в сыром яйце успеют придти во вращение (в движение) только скорлупа и близлежащие к ней слои белка, то есть только часть вещества яйца, а у сваренного яйца – всё вещество. Это можно было бы заметить, измерив прилагаемый пальцами момент силы, сырое яйцо раскручивается легче, но получает и аккумулирует  много меньший момент импульса, чем яйцо варёное, поэтому и тормозится трением о поверхность стола сырое  быстрее, чем варёное.

     

     

     

    Можно вместо собственно яиц, для демонстрации эффекта сырого яйца, использовать установки, изображённые на рис.2.  Здесь в шарообразную оболочку помешается тяжёлый шарик.

    Есть старый вопрос: почему раскрученные одним и тем же движением руки сырое яйцо, и яйцо, сваренное вкрутую, вращаются по-разному, а именно, - крутое яйцо крутится на столе много дольше, чем яйцо сырое. Этот факт подаётся как  загадочный. Обычно предлагается такая версия: хотя масса и форма, представленных в эксперименте яиц одинаковы, одинакова и сила трения яйца о поверхность стола, и пальцы, закручивающие яйцо,  вроде действуют примерно одинаково, - вязкость содержимого сырого яйца тормозит вращение, а в варёном яйце проблемы вязкости нет, и оно крутится долго. Но такой  подход к решению данной задачи похож на объяснение непонятного через неведомое. Как это (каков механизм) внутренние взаимодействия в яйце влияют на внешние характеристики движения яйца? Ведь известно, никакими внутренними взаимодействиями нельзя изменить момент импульса изолированной системы!

    С одной стороны, на подобный упрощённый подход к решению вопроса  нас ориентирует учебник Р.В. Поля, http://technic.itizdat.ru/docs/bmp49/FIL14410809720N806672001/

    Соответствующий фрагмент текста из названного учебника физики приведён ниже на рис. 1


    Комментировать

    осталось 1185 символов
    пользователи оставили 0 комментариев , вы можете свернуть их
    • Регистрация
    • Вход
    Ваш комментарий сохранен, но пока скрыт.
    Войдите или зарегистрируйтесь для того, чтобы Ваш комментарий стал видимым для всех.
    Код с картинки
    Я согласен
    Код с картинки
      Забыли пароль?
    ×

    Напоминание пароля

    Хотите зарегистрироваться?
    За сутки посетители оставили 835 записей в блогах и 8816 комментариев.
    Зарегистрировалось 36 новых макспаркеров. Теперь нас 5017392.