26.10.2021, 19:32
Американский астрофизик из Бостонского университета (США) после выхода на пенсию занялся оптимизацией конструкции волчков, чтобы они могли крутиться дольше обычного или двигаться нетипичным образом. В этот раз он изготовил волчок, который может крутиться только в одну сторону.
Karen Brecher
Такой необычный волчок представляет собой половину латунного эллипсоида со смещенной осью симметрии
Волчок — это знакомая всем детская игрушка, с помощью которой можно скоротать не один час. Но для американского астрофизика Кеннета Бречера это больше, чем просто игрушка — в течение шести лет он проектирует волчки, используя математические константы, в том числе константы Фейгенбаума, которые характеризуют так называемые «каскады бифуркаций». Ученый представил свою последнюю разработку — однонаправленный волчок — на конференции, посвященной математике в искусстве Bridges 2021.
Для исследования более сложного типа движения волчков Кеннет Бречер изготовил объект, который может во время вращения в определённую сторону менять направление вращения, в механике их называют кельтскими камнями. Вероятно, такое название появилось из-за схожих свойств древних кельтских топоров и тесл, найденных во время археологических исследований.
Принцип движения кельтских камней реализуется за счет их формы — чаще всего они вытянутые с нижней частью в виде половины эллипсоида. Из-за несовпадения оси симметрии их массы с большой осью эллипсоида они могут менять направление движения.
Кеннет Бречер реализовал этот принцип в кельтском камне, представляющем собой половину вытянутого эллипсоида, изготовленного из латуни. Чтобы камень был ассиметричным, он добавил в конструкцию две канавки эллиптической формы, которые могут быть использованы для дополнительной нагрузки. Ученый взял за отношение полуосей всех эллипсоидов первую константу Фейгенбаума δ, которая характеризует скорость развития хаотических процессов в сложных системах.
Свой новый волчок физик назвал δCELT. Если покрутить его против часовой стрелки, он будет вести себя как обычно, но если направить его по часовой стрелке, то волчок ненадолго начинает вращаться, но затем замедляется, останавливается и меняет направление вращения. Бречер объясняет, что это происходит из-за асимметричной формы верха, которая образует нестабильность качения и в определенный момент приводит к изменению направления вращения. Если добавить грузы в специальные канавки, волчок можно уравновесить.
Видеозапись одностороннего вращения волчка можете посмотреть по ссылке.
