Сколько по времени крутится спиннер: Сколько минут крутится спиннер, есть рекорды вращения спиннера?

Содержание

Физики разогнали «спиннеры» до миллиарда оборотов в секунду

Две команды физиков независимо разогнали с помощью лазеров нанометровые «спиннеры» до скорости порядка одного миллиарда оборотов в секунду — самой высокой скорости вращения, полученной в лаборатории. Первая группа из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) заставляла вращаться наночастицу кремнезема, а вторая группа, состоящая из китайских и американских исследователей, использовала в качестве «спиннера» наногантелю. Работа ученых поможет лучше понять такие тонкие эффекты, как вращение Казимира, связанное с квантовыми флуктуациями вакуума. Статьи опубликованы в Physical Review Letters [1, 2], кратко о них сообщает Physics, препринты работ выложены на сайте arXiv.org [1, 2].

Скорость вращения любого объекта ограничена пределом его прочности. Чем быстрее вращается объект, тем большую скорость развивают его частицы и тем большая сила нужна, чтобы заставлять их повернуть и удерживать тело в целости. Другими словами, при увеличении скорости растет центробежная сила, которая стремится «разорвать» тело. Впрочем, называть центробежную силу «силой» не совсем правильно, поскольку она возникает только в неинерциальной системе отсчета (подробнее о ее природе можно прочитать в этой заметке).

Заметнее всего действие этой «фиктивной силы» проявляется в точках, наиболее удаленных от центра вращения объекта: F = mω²r, где m — масса точки, r — ее расстояние до центра, а ω — угловая скорость. Из-за этого частота вращения макроскопических объектов редко превышает тысячу оборотов в секунду. Например, частота вала газогенератора двигателя PW207K вертолета «Ансат» может достигать 60000 оборотов в минуту (1000 оборотов в секунду), а турбина двигателя CFM56, который устанавливается на самолетах фирм Boeing и Airbus, вращается с частотой около 5200 оборотов в минуту (менее 90 оборотов в секунду).

Уменьшая размеры объекта, можно заставить его вращаться гораздо быстрее. Оказывается, что для достижения сверхвысоких скоростей удобнее всего использовать частицы размером порядка ста нанометров, подвешенные в воздухе с помощью лазерного излучения (так называемая оптическая ловушка). Направляя на связанную частицу свет с круговой поляризацией, можно передать ей угловой момент и увеличить ее угловую скорость (эффект Садовского). Таким образом можно избежать механического трения, которое поглощает энергию и мешает разгонять частицу, а также контролировать центр вращения с точностью, сравнимой с теоретическим пределом.

К сожалению, на высоких скоростях начинает сказываться трение наночастицы о воздух, которое также уносит энергию частицы. Бороться с этим трением можно только откачивая установку до сверхнизких давлений, создавая в ней вакуум. Из-за подобных технических сложностей ученым не удавалось достичь в лаборатории скоростей вращения, превышающих по порядку десяти мегагерц. В новых работах ученым удалось преодолеть это препятствие, подтвердить теоретические предсказания и достичь частоты вращения порядка одного гигагерца.

Первая группа исследователей под руководством Лукаса Новотного (Lukas Novotny), использовала в качестве «спиннера» частицу кремнезема (проще говоря, обычного стекла) приближенно сферической формы и диаметром около ста нанометров. Для уменьшения потерь физики откачали установку до давления порядка 10⁻⁸ атмосфер и увеличили длину волны лазера, который использовался для разгона частицы, до 1565 нанометров. Это позволило уменьшить скорость нагрева частицы — в предыдущих экспериментах такой нагрев заставлял частицу «выскакивать» из ловушки и мешал разогнать ее выше определенного предела.

В результате ученые обнаружили, что с уменьшением давления при фиксированной мощности лазера и увеличении мощности при фиксированном давлении угловая скорость вращения частицы линейно растет, причем экспериментальная зависимость хорошо согласуется с теорией. Максимальная частота, полученная в этом эксперименте, достигала 1,03 гигагерц, что отвечало скорость краев частицы порядка 300 метров в секунду, центробежному ускорению порядка 10¹² метров на секунду в квадрате и напряжению порядка 0,2 гигапаскаль. Для сравнения, критическое напряжение, при котором частица кремнезема разрывается, составляет примерно 10 гигапаскаль.

Вторая группа, под руководством Тунцана Ли (Tongcang Li), заставляла вращаться наногантели — связанные друг с другом частицы кремнезема. Чтобы изготовить такие гантели, ученые «растворяли» наночастицы кремнезема в воде и получали коллоидную суспензию, а затем с помощью ультразвукового небулайзера заставляли воду формировать микрометровые капли, взвешенные в воздухе. В некоторых из капель находилось две сферические частицы кремнезема; после испарения воды частицы оставались связаны в наногантели, которые ученые использовали в дальнейших опытах. Отношение диаметра шаров к расстоянию между ними для всех полученных наногантелей было примерно равно двум.

Так же как и группа швейцарских ученых, группа под руководством Тунцана Ли помещала наногантели в оптическую ловушку, откачивала установку до давления порядка 10⁻⁷ атмосфер и светила на частицы лазером с круговой поляризацией и длиной волны около 1550 нанометров. Аналогично швейцарцам, физики получили, что скорость вращения линейно растет при уменьшении давления, а предельная частота вращения в этом случае составила примерно 1,1 гигагерц — при бо́льших скоростях гантель разрывалась под действием центробежной силы.

Тем не менее, конструкция установки, аналогичная опыту Кавендиша, в котором проволока крутильных весов заменена на лазерное излучение, позволяет провести на ней качественно другие эксперименты. Если заменить в ней свет с круговой поляризацией на линейно поляризованный свет, наногантели будут колебаться, а не крутиться, что позволит в будущем измерить вращательный эффект Казимира (Casimir torque) и исследовать природу квантовой гравитации.

Впрочем, ученые признаются, что изначально они не ставили перед собой практических целей. Например, соавтор первой работы, Рене Рейманн (René Reimann), говорит: «Если честно, это просто было очень круто — иметь механический объект с самой высокой скоростью вращения в мире прямо перед нами». Тем не менее, работа ученых может пригодиться при изучении межзвездной пыли и вакуумного трения, исследовании поведения материалов и взаимосвязи между вращательными и поступательными степенями свободы в экстремальных условиях.

В ноябре прошлого года американские исследователи-нанотехнологи изготовили с помощью фотолитографии самый маленький в мире фиджет-спиннер, размер которого составил примерно сто микрометров.

Дмитрий Трунин

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

7 классных идей, как с помощью спиннера понять теорию вероятности и развить мышление

Спиннеры завладели сердцами и руками наших детей. Сопротивление бесполезно, скоро без этих игрушек дети откажутся сидеть на уроках. Раз безумие нельзя предотвратить, его нужно возглавить. «Фоксфорд» собрал самые интересные способы, как использовать спиннер в учёбе.

1. Развиваем критическое мышление

Вам понадобится: хотя бы один спиннер, секундомер, ручки и бумага, ватман или доска.

Цель: показать детям, что такое «эффект экспериментатора».

Скажите детям, что вы будете раскручивать спиннер несколько раз. Их задача — засечь время от начала вращения до полной остановки и записать результат в таблицу с точностью до секунды. Делиться своими наблюдения в ходе опыта нельзя. Затем начертите общую таблицу на доске или большом листе бумаги. Пусть дети озвучат или сами занесут в неё свои результаты.

Вы увидите, что время каждого вращения спиннера дети оценили по-разному. Спросите, что они заметили и почему так получилось. Обсудите, как на результат опыта влияет человеческий фактор, когда бывает важно измерить продолжительность процесса, как правильно засекать время на забегах спортсменов.

2. Знакомимся с теорией вероятности

Вам понадобится: хотя бы один спиннер, бумага, цветные карандаши, скотч.

Цель: познакомить учеников с теорией вероятности и математической статистикой.

Если спиннер один, все чертят одно и то же. Если один на группу или ребёнка, то у каждой группы или ученика пусть будут свои секторы. Пусть каждый ребёнок расчертит круг с несколькими секторами и отметит центр. К одной из лопастей спиннера прикрепите треугольный указатель из скотча. Ребята помладше захотят раскрасить секторы круга, старшеклассники могут пронумеровать.

Спросите учеников, будет ли спиннер «предпочитать» какой-то сектор или будет останавливаться на каждом одинаковое количество раз? Достаточно ли провести столько испытаний, сколько секторов в круге? Договоритесь, сколько испытаний вы проведёте: 20, 50, а, может быть, 100? Проведение такого опыта можно задать на дом, чтобы не тратить время урока.

Установите спиннер в центре круга и раскрутите. Дождитесь остановки. Отметьте в таблице, где остановился указатель. В конце опыта сравните вращение в кругах с разным количеством секторов. Предложите детям самим увидеть закономерности и привести другие примеры, где работает теория вероятности.

3. Конструируем из бумаги

Вам понадобится: картон, бумага, зубочистки, ножницы, клей-карандаш, швейная иголка.

Позвольте детям самим поставить цель. Индивидуально или в группах они могут сделать самый большой или самый маленький, самый лёгкий или самый быстрый спиннер.

4. Учимся работать в команде и мыслить творчески

Вам понадобится: циркуль, спирограф, спиннеры для работы индивидуально или в небольших группах, художественные принадлежности и средства для соединения деталей новых инструментов.

Цель: создать условия для развития художественного и инженерного мышления.

Покажите ребятам циркуль и спирограф, дайте всем желающим поработать с ними. Предложите детям индивидуально, в парах или группах превратить спиннер в приспособление для рисования или черчения. Рисовать можно мелками, жидкими красками, пастой или карандашами. Главное — использовать вращение спиннера. Кто первым додумается накладывать цветную массу на лопасти и разбрасывать по «холсту»?

5.

Тренируем внимание и выдержку

Вам понадобится: спиннер. Если детей много, а спиннеров несколько, можно объединиться в группы.

Цель: тренировка терпения и самоконтроля, взаимодействие в группе.

Участники стоят в кругу. Ведущий заводит спиннер и начинает игру. Задача каждого — передать игрушку соседу справа так, чтобы она не упала и не остановилась. Пара, у которой спиннер упал или перестал крутиться, выбывает из игры. Побеждает пара самых стойких участников.

Усложнение игры:

1. Нельзя разговаривать во время передачи спиннера.

2. Можно передавать и принимать спиннер только одним пальцем.

6. Расширяем словарный запас

Вам понадобится: спиннер.

Цель: расширение активного словаря.

Участники располагаются в кругу. Задача игроков — по очереди называть слова, пока вращается спиннер. Ведущий называет тему, заводит спиннер и начинает игру. Дошкольники могут называть фрукты, животных или профессии. Школьникам предложите составить описание спиннера по одному слову: быстрый, металлический, вращающийся, тяжёлый — и так далее.

Варианты игры

Сделайте игру веселой с помощью смешных вопросов: «что у тебя под кроватью?», «какую суперспособность ты бы хотел иметь?»
Вовлекайте материал последнего урока. Пусть ребята называют химические элементы периодической системы, английские выражения или читают стихи по строчке.
Ученики передают друг другу не только слово, но и второй крутящийся спиннер.

7. Тренируем координацию и концентрацию

Вам понадобится: спиннер.

Цель: развитие координации. Выполняйте задания стоя. Чтобы упростить упражнения, не раскручивайте спиннер.

1. Раскрутите спиннер и удерживайте на большом пальце ведущей руки. Прикасайтесь к его центральной части поочерёдно указательным, средним, безымянным пальцем и мизинцем, а затем в обратном порядке. Повторите другой рукой.

2. Раскрутите спиннер и передавайте его из одной руки в другую за спиной и перед собой. Не уроните и не остановите игрушку.

3. Передавайте вращающийся спиннер из левой руки в правую под коленом поднятой правой ноги. Затем обратно из правой руки — под левым коленом.

Если упражнения для вас слишком просты, переходите к трюкам со всего мира на YouTube.

Фото на обложке: iStockphoto (tatyana_tomsickova)

Edc Волчок | Советы и часто задаваемые вопросы

Как вращать свой волчок

Убедитесь, что поверхность, на которой вы вращаетесь, соответствует уровню
Перед вращением положите волчок на поверхность. Держите волчок указательным и большим пальцами
Для начального захвата удерживайте нижнюю часть за стержень волчка
Для улучшенного захвата держите выше за стержень волчка
Поворачивайте указательный и большой пальцы резким движением (щелчок пальцами)
Длина вращения зависит от уровня мастерства, веса волчка и вращающейся поверхности
Совершенно вертикальное и, казалось бы, неподвижное вращение требует практики
Попрактиковавшись, вы сможете крутить волчок в течение нескольких минут

Часто задаваемые вопросы

Как долго крутится волчок?

Это сильно зависит от используемой поверхности.

На мягкой деревянной столешнице вращение в течение минуты или двух довольно неплохо, но это совсем не сравнится с хорошей вращающейся поверхностью.

На твердом стекле или керамической поверхности рекомендуемое время использования любого из наших топов:

Любой новичок должен быть в состоянии получить более 3 минут после небольшой практики.
Спиннеры среднего уровня могут получить более 5 минут, а с практикой достижимы обычные вращения более 7 минут.
На идеальной поверхности с мощным и сбалансированным вращением волчки из латуни и сплава вращаются более 10 минут.

Посетите наш канал на YouTube, чтобы узнать лучшие моменты!

Как увеличить продолжительность вращения?

Есть три компонента для достижения самого длинного вращения, и первые два связаны с техникой:

Придайте как можно больше энергии вращению волчка. Практикуйте вращение волчка разными способами, пока не найдете тот, который приводит к самому быстрому начальному вращению.
Поверните волчок так, чтобы он начал вращаться как можно более прямо вверх и вниз. Все, что не идеально прямо вверх и вниз, приведет к более быстрой потере энергии, поскольку вершина будет двигаться по круговой траектории, пока не выровняется. Это замедляет волчок вниз быстрее, чем когда он вращается на месте.
Максимально уменьшите трение между верхней частью и поверхностью. Это означает, что подшипник из нитрида кремния следует содержать в чистоте мягкой тканью и очищать вращающуюся поверхность от любого ворса или масла. Идеальная поверхность — чистая, сухая, твердая поверхность, такая как зеркало, линза или стекло. Вогнутая поверхность необходима для центрирования вершины в нижней точке, но кривизна должна быть минимальной, необходимой для того, чтобы иметь сам центр вершины. Как только вы научитесь крутить волчок так, чтобы он не двигался по большим кругам, вы можете использовать менее вогнутую поверхность для еще большего времени вращения.

Наши самые длинные вращения были достигнуты на специальном 10-дюймовом вогнутом зеркале, и это были высокоскоростные вращения, которые начинались практически без какого-либо дисбаланса. На каждое вращение в течение 10 минут у нас приходилось дюжина или более, которые находились в 9-минутном диапазоне. Когда все просто идеально, 10+ минут вполне выполнимо.

На какой поверхности лучше всего крутиться волчок?

Идеальной поверхностью является твердая, сухая, чистая поверхность, например, вогнутое зеркало, линза или керамическое вращающееся основание. Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму трение между верхней частью и поверхностью, а это означает твердую поверхность, поскольку она будет иметь наименьшую возможную точку контакта. Кроме того, умеренно вогнутая поверхность хороша для общего использования и обучения, но наименее вогнутая поверхность приведет к самым длинным вращениям.

Что делать, если волчок при вращении скользит по поверхности?

Волчок НЕ будет двигаться при вращении только в том случае, если поверхность 1) мягкая, например, дерево, 2) вогнутая или 3) идеально плоская и идеально ровная.

Давайте немного разберем их:

На мягкой поверхности, естественно, будут вмятины, вызванные другими вещами, которые были установлены на ней. При вращении волчка на такой поверхности он будет перемещаться по ней, пока не сядет в низину, а затем останется на этом месте. Это звучит хорошо, и это хорошо для случайных вращений, но мягкая поверхность также имеет более высокое трение. Вы не добьетесь самого длительного времени вращения на деревянной столешнице, но если она не очень неровная или не сидит ровно, столешница будет вращаться на ней, найдет место и останется там.
Умеренно вогнутая поверхность отлично подходит для вращения волчка, потому что волчок опустится в самую нижнюю точку и останется там. Даже если вогнутая поверхность находится на чем-то неровном, пока края выше некоторой точки вогнутой поверхности, верхняя часть останется на поверхности. Пока это твердая поверхность, это здорово.

Идеально ровной и ровной поверхности добиться практически невозможно. Даже небольшой наклон в одну сторону приведет к перемещению верхней части по поверхности. Вы всегда можете попытаться добиться этого с помощью небольшого кусочка стекла, но разница между одним концом и другим даже в несколько тысячных дюйма приведет к тому, что верхняя часть будет медленно двигаться вбок по стеклу.

Каковы размеры волчка? Какой это размер?

Крышки Schulte имеют длину примерно 1,1 дюйма, диаметр чуть менее 1 дюйма поперек части маховика и чуть менее ⅓ дюйма поперек штока с накаткой.

Из каких частей состоит верх?

Наибольший диаметр верхней части мы называем маховиком. Именно здесь хранится большая часть энергии от вращения. Часть, выступающая над маховиком, называется штоком или рукояткой. Верх стебля имеет накатку, что является термином для рисунка, который прорезан на стебле, чтобы обеспечить лучший захват при вращении. В отличие от традиционных вершин, у основания нет острия, вместо этого у него есть керамический шариковый подшипник, который обеспечивает износостойкую вращающуюся поверхность и лучшую производительность, чем у острия. Несмотря на то, что это шариковый подшипник, он не вращается относительно волчка, а постоянно закреплен на месте и вращается против поверхности, на которой вращается волчок.

Из какого материала сделаны столешницы?

Версия Fused представляет собой легкий сердечник из алюминия 6061T6 с термоусадочным латунным наружным кольцом для обеспечения высокой инерции. Другие модели названы в честь металлов, из которых они сделаны: латунь, бронза и нержавеющая сталь. На всех моделях подшипник представляет собой керамический шарик из нитрида кремния диаметром 4 мм, который запрессовывается на место.

Почему мяч, а не точка, как у меня в детстве?

Потому что мяч работает лучше. Во-первых, если бы вершина просто подошла к острию, то между ней и любой поверхностью была бы очень маленькая точка контакта, и металл быстро изнашивался бы до тех пор, пока острие не переставало быть острым. Вероятность того, что вершина останется в равновесии, крайне мала. Если бы мы просто обработали латунь до острого острия, это было бы очень похоже на лезвие ножа. И точно так же, как ножи тупятся при использовании, то же самое и с навершием — быстро.

Итак, если он все равно будет закруглен, почему бы не начать с идеально отцентрованной круглой формы и не использовать твердую керамику, которая прослужит в сотни раз дольше, чем относительно мягкая латунь? Итак, вот что мы сделали!

Какой топ подойдет для подарка?

Если вы хотите купить волчок для кого-то, кто, как вы знаете, будет гоняться за максимально длинным вращением, то плавленый алюминий и латунь — лучший выбор. Сочетание тяжелого латунного маховика и небольшого общего веса алюминия обеспечивает лучшее время вращения среди всех наших волчков. Хотя мы думаем, что все столешницы красивы, столешница из цельной латуни привлекает внимание своей тщательно отполированной и блестящей золотой поверхностью. Если вы покупаете только из-за внешнего вида, вы не прогадаете ни с одним из наших топов, но латунь занимает первое место для большинства людей.

Ползунок Лоури из алюминия и латуни делает мои руки/пальцы темными – это нормально?

Это голый алюминий, так что частично это оксид алюминия.

Вы можете попробовать очень хорошо очистить его мыльной водой или даже Windex. Черный осадок должен значительно уменьшиться по мере использования, и вы можете ускорить это вместе с очисткой. Подобное окисление характерно только для алюминия и не происходит с версиями из нержавеющей стали или титана.

Вы отправляете за пределы США?

Да! Теперь у нас есть возможность передавать наши сниженные тарифы на международную доставку напрямую без наценки. Вы должны найти это в корзине при оформлении заказа. Если наши международные тарифы по какой-либо причине недоступны, мы обнаружили, что иностранные клиенты также могут получить эти тарифы со скидкой через наш магазин Etsy. В некоторых случаях Amazon.com доставляет товары за пределы США. Если у вас есть вопросы или вам нужна специальная международная доставка, напишите нам по адресу [email protected] с вашим запросом и местоположением, чтобы мы могли помочь.

Посмотрите на завораживающие волчки, которые продолжают вращаться более 27 часов.

Две компании по производству игрушек объединились, чтобы создать волчок, который может вращаться более суток.

Fearless Toys (Израиль) и Breaking Toys Ltd (США) побили рекорд Самый продолжительный механический волчок (прототип) с головокружительным рекордным временем 27 часов 9 минут и 24 секунды.

Рекорд был побит в Тель-Авиве, Израиль, 19июнь 2018 г. и шесть прототипов волчков с батарейным питанием; ЛИМБО.

Нимрод Бэк, работающий в компании Fearless Toys, также получил титул рекордсмена.

Рекламные объявления

Была предпринята попытка начать кампанию по финансированию коммерчески доступной модели долговечной электрической волчки.

Маркетинговая кампания по запуску позволила им собрать 500 000 долларов всего за три недели на Kickstarter.

Нимрод объяснил, что длительное вращение моторизованного волчка обусловлено его небольшим размером и минимальным потреблением энергии.

Хотя попытка установить рекорд была остановлена чуть более чем через 27 часов, Нимрод утверждает, что волчок может вращаться до 30 часов.

Рубрики