Кто бы мог подумать, что можно так весело провести время с кусочком пластика на конце веревки? Если вы думаете, что нет ничего проще, чем йо-йо , пора попробовать изучить науку, лежащую в основе этого! Как он так долго крутится? Как он может "спать" на конце веревки и что заставляет его снова взбираться вверх? Почему йо-йо кажутся такими странно устойчивыми при вращении? В вашем йо-йо много физики. Рассмотрим подробнее!
Что заставляет йо-йо подниматься и опускаться?
Йо-йо может выглядеть как игрушка, но это также машина для преобразования энергии. Понимание того, как он постоянно меняет энергию из одного вида в другой, является ключом к пониманию того, как это работает. Когда вы держите йо-йо в руке, оно обладает потенциальной энергией : оно накапливает энергию, потому что находится высоко над полом. Когда вы его отпускаете, потенциальная энергия постепенно превращается в кинетическую энергию (энергию, которая есть у чего-то, потому что оно движется). Когда йо-йо вращается в нижней части своей струны, практически вся потенциальная энергия, которой оно изначально было, преобразована в кинетическую энергию. По мере того как йо-йо карабкается вверх и вниз по струне, оно постоянно обменивается потенциальной и кинетической энергией - очень похоже на автомобиль на американских горках .
Вращающееся йо-йо на самом деле имеет два разных типа кинетической энергии: один вид, потому что он движется вверх и вниз по струне, и другой, потому что он вращается. Когда вы отпускаете йо-йо из руки, оно падает на землю, как камень, и набирает скорость, потому что падает. Но йо-йо отличается от камня, потому что его ось обернута веревкой . При падении начинает вращаться. Вот почему йо-йо падает намного медленнее, чем камень: часть энергии, которая должна заставлять его падать быстро, на самом деле используется, чтобы заставить его вращаться одновременно.
Что бы оно ни делало и где бы оно ни находилось на струне, йо-йо обычно имеет смесь трех разных видов энергии:
1. Потенциальная энергия - потому что это определенная высота над полом.
2. Кинетическая энергия движения - потому что йо-йо движется вверх или вниз относительно пола.
3. Кинетическая энергия вращения - потому что йо-йо вращается.
В идеальном мире йо-йо может вечно подниматься и опускаться на веревочке. Но когда струна вращается на пластиковой оси, трение (сила трения между двумя предметами, которые соприкасаются и движутся друг мимо друга) расходует часть ее энергии. Хотя вы этого не видите, вращающиеся колеса йо-йо также трутся о воздух, который их окружает. Это сопротивление воздуха также съедает запас энергии йо-йо. Если вы не будете продолжать давать йо-йо больше энергии, качая струну вверх и вниз, она очень быстро замедлится и остановится. Каждый раз, когда вы дергаете за веревку, вы дергаете йо-йо, чтобы оно продолжало вращаться. Фактически, вы заряжаете его "энергетические батареи" с каждым рывком.
Почему крутящееся йо-йо странно ощущается в руке?
Вещи, которые движутся, продолжают двигаться. Мы называем это явление импульсом (грубо говоря, импульс означает «масса в движении»; у вещей есть импульс, потому что они имеют и массу, и скорость ). Грузовик, едущий по автостраде, имеет больше импульса, чем автомобиль, едущий с той же скоростью, потому что он имеет большую массу. У человека больше инерции, когда он едет на велосипеде, чем когда он идет, потому что велосипед движется быстрее (у него более высокая скорость или скорость).
Подобно тому, как йо-йо имеет два вида кинетической энергии, у него есть два вида количества движения: линейный импульс (потому что он движется по прямой линии вверх и вниз по струне) и угловой момент (потому что он вращается). У всех вращающихся объектов есть момент количества движения. И все, что вращается, любит продолжать вращаться, поэтому его угловой момент остается прежним. Если вы попытаетесь заставить его вращаться по-другому, он компенсирует это, как-то изменив свое движение. Если фигуристка вращается по кругу с раскинутыми руками, и она внезапно вводит их, она будет вращаться намного быстрее, чем раньше. Это потому, что она меняет способ распределения своей массы. Ее тело компенсирует это, изменяя свою скорость, чтобы угловой момент оставался постоянным.
Угловой момент - вот почему гироскоп так странно себя ведет. Гироскоп - это тяжелое колесо, установленное на трехосном каркасе, который позволяет ему вращаться в трех измерениях. Как только вы установите вращение гироскопа, он будет сильно сопротивляться любым попыткам заставить его вращаться по-другому. Так что, если вы попытаетесь его наклонить, он наклонится в другую сторону. Подобно конькобежцу, он пытается сохранить свой угловой момент постоянным или, как говорят физики, сохранить свой угловой момент. Вращающееся йо-йо ведет себя как гироскоп. Вот почему он кажется странно стабильным, когда крутится на струне. Кажется, будто в нем заложено упрямство, чтобы изменить свое движение. Это одна из причин, по которой с ним можно делать самые разные трюки!
Кто изобрел йо-йо?
Самый ранний патент (запись об изобретении) на йо-йо был выдан Джеймсу Л. Хейвену и Чарльзу Хеттрику из Цинциннати, штат Огайо, США 20 ноября 1866 года. Изобретение, которое они описали, было «улучшенной конструкцией игрушки, обычно называемой банделора и состоит в том, что он состоит из двух металлических дисков, соединенных вместе в их центрах с помощью муфты и заклепки ... "
Подписывайтесь на канал ! Будет много интересного!