В современном мире, пожалуй, не каждый ребёнок знает что такое юла, а меж тем волчок или юла — это древнейший предмет, который появился по оценкам учёных более пяти тысяч лет назад. Принцип его действия прост: центробежная сила удерживает волчок на острие. А вот материалы, из которых делали эту игрушку, были самые разные. Береста, войлок, кожа, дерево, кости. Индейцы Северной Америки исполь­зовали восковые пластинки, а африканские племена — тыквенные корки. Информация о том, кто первый изобрёл волчок, до наших дней не дошла. Археологи находили прообразы волчков на всех континентах кроме Антарктиды. Вот откуда такое обилие мате­риалов и разновидностей у этой игрушки. Каждый народ делал и называл волчок на свой манер.
Существует китайский волчок или Тип-топ — волчок, обладающий свойством переворачиваться в процессе вращения.

Широко распространён дрейдл. Это четырёхгранный волчок (на каждой из сторон написано слово на иврите) с осью для вращения. Согласно традиции, дети играют с ним во время еврейского праздника Ханука. У игры в этот волчок существуют даже свои правила.
Тромпо — популярная в Латинской Америке игрушка, волчок грушевидной формы. Для его раскручивания используется верёвочка. В Испании эта игрушка известна под названием пеон, в ряде стран Южной Америки — как рунчо или пеонца.
А на Руси излюбленной забавой была игра в кубáрь. Кубарь — это цилиндр небольшого диаметра и высоты со стёсанным нижним концом до формы конуса. К нему необходим кнутик на короткой палочке или просто верёвка длиной 50-80 сантиметров. Кубарь раскручивали при помощи верёвочки. А затем, подхлёстывая кубарь, контролировали его скорость вращения и заставляли двигаться в нужном направлении. Недаром появилась народная поговорка «скатиться кубарем», то есть скатиться вращаясь.
Существует даже волчок из скрепки! Он был придуман в 1986 году японским профессором-физиком Такао Сакаи из университета Тохоку в Сэндай. Учёный хотел продемонстрировать законы физики и использовал подручный материал.
Пожалуй, одной из разновидностей волчка можно считать и левитрон. Это волчок на магнитной подушке. В коробке по определённой системе располагают магниты. Сам волчок имеет стандартную форму и тоже является магнитом. При раскручивании этот волчок массой около 20 граммов способен зависнуть в воздухе. Так как магниты под ним постоянные, левитрон не требует источника электрического тока. Волчок испытывает силу трения только о воздух, поэтому парить он может довольно долго.
Давайте разберёмся, почему у этой игрушки два названия? Традиционный волчок обычно запускали руками или с помощью верёвочки, что было не очень удобно. В XIX веке немецкий фабрикант-игрушечник Лоренц Больц попытался упростить запуск обычного волчка. Он вставил внутрь механизм, в котором для раскручивания используется винтообразный осевой стержень. Так появилась юла. Позже преемник изобретателя, Петер Больц наделил юлу голосом. Он проделал в корпусе игрушки отверстия, через которые проходил воздух, и юла начала издавать характерное жужжание. К 1937 году юлу «научили» воспроизводить звуки разных тональностей и даже проигрывать несложные детские песни.

Чем хороша для детей эта, простая на первый взгляд, игрушка? Во-первых, она развивает мелкую моторику рук. Тренирует координацию движений. Демонстрирует причинно-следственные связи (кручу — предмет двигается, не кручу — останавливается). С помощью юлы хорошо учить цвета, так как эта игрушка обычно выпускается ярко раскрашенной.
Волчок обычно воспринимается, в первую очередь, как детская игрушка. Однако и взрослые находят ему применение. В Древней Греции запуск волчка, вероятно, считался спортом, о чём можно судить по найденным осколкам ваз. Механизм волчка использовался для добывания огня, как веретено. В середине прошлого века в Америке для популяризации игрушки компания-производитель стала организовывать чемпионаты по запуску волчка. Призом в таком виде спорта была денежная сумма в 5 тысяч долларов. Участников на соревнования собиралось множество, но компания всё-таки обанкротилась, и чемпионаты канули в лету.
В телевизионной игре «Что? Где? Когда?» вопросы для знатоков выбираются с помощью волчка «Скачущий всадник» со стрелкой-указателем.
Сейчас искусство обращения с волчком — это прерогатива жонглёров. В 1993 году на соревнованиях Международной Ассоциации Жонглёров было отмечено наградой виртуозное выступление Masahiro Mizuno. Также, волчок — это простейший пример гироскопа, являющегося важнейшим элементом целого ряда навигационных приборов. В Нидерландах даже установлен памятник этой замечательной игрушке на все времена — юле.

Материал подготовила Любовь Павлова

Эта игрушка давно отпраздновала 100-летний юбилей, в нее играют дети с давних времен и она уже считается классической игрушкой для самых маленьких. Конечно, это волчок или юла. Волчок, или юла – это игрушка, вращающаяся вокруг своей оси, при этом сохраняющая опору и удерживающаяся в вертикальном положении. При уменьшении скорости вращения угол наклона уменьшается, и, в конце концов, при полной остановке он падает. Прообразом волчка является пластина конусообразной формы из рога или кости. Такие «игрушки» археологи довольно часто встречают при раскопках стоянок первобытных людей.

Где именно появились первые волчки неизвестно. Но доподлинно установлено, что играли в них на всех континентах. В Австралии в те далекие времена волчок представлял собой длинный плоский кусок дерева с привязанной веревкой к одному из его концов. Он считался магическим, благодаря нанесенным на него заклинаниям и рисункам. В древней Японии волчки были неотъемлемым атрибутом актеров и фокусников, которые показывали с их помощью завораживающие иллюзионные шоу, пользующиеся огромной популярностью на протяжении длительного времени. В Африке волчки применялись также как веретено для пряжи и розжига огня. А в Древней Греции с волчками игрались не только дети, но и взрослые, организуя целые турниры. О чем говорят найденные археологами манускрипты.

Во времена Средневековья волчок был сделан из дерева и имел примитивную форму и и раскручивался двумя ладонями. Это могло быть простое яблоко или груша, нанизанная на прут, или обыкновенный желудь, в редких случаях – морская раковина, наполненная воском для равновесия. Но с течением времени форма волчков усложнялась, мастера придумывали новые оригинальные решения, как сделать изделие интересней, эстетичней и практичней.

Переломным моментом стал 1880 год, когда однажды талантливый и предприимчивый немецкий игрушечный мастер Лоренцо Больц решил создать юлу для маленьких детей, чтобы она была и интересна для них, и безопасна. Он придумал вставить механизм с гайкой – вращающуюся ручку, который позволял ей крутиться без раскручивания, ведь маленькие детки не могли еще выполнять этих действий. Игрушка сразу же была запатентована. Но совершенствование игрушки продолжалось. Вскоре ученик Лоренцо –Питер Больц наделил волчок голосом. Он придумал проделать небольшие отверстия в игрушке, через которые бы проходил воздух и во время кружения издавал жужжащий звук. И уже в 1937 году игрушка могла проигрывать несложные детские мелодии. Так на свет появился музыкальный волчок, который сразу заслужил успех у детской аудитории.

В Советском Союзе юла появилась на прилавках игрушечных магазинов лишь в 1960-е годы юла. К этому времени её уже делали из самых разных материалов: дерева, пластика, самых разные размеров и цветов. Юла – это игрушка, которая во время вращения сохраняет устойчивость на одной точке опоры. Для малышей существуют модели, которые заводятся простым нажатием на кнопку. Это может сделать сам малыш или его родители, а ребенок с удовольствием будет наблюдать за вращающимся волчком.

Есть классические модели юлы, изготовленные из пластика, дерева или металла. Некоторые модели при вращении издают шуршаший звук, если внутри волчка находятся много ярких фигурок или шариков, или даже играют простую мелодию. Знакомить детей с юлой лучше пораньше, где-то с шести месяцев. Пусть ребенок потрогает ее, повертит в руках и посмотрит, как родители делают так, что бы она вертелась, издавала звуки.

Посадите малыша возле себя на пол и покажите ему игрушку. Запустите юлу, яркие краски, шуршащие звуки или мелодия, которые издает игрушка, привлекут внимание малыша. Пусть он посмотрит, как игрушка кружится, а затем дате ему самому попробовать запустить юлу. Вместе запустите волчок, потом дайте ребенку попробовать это сделать самому. Играя с волчками, дети развивают мелкую моторику рук и учатся выстраивать причинно-следственные связи. Игры с юлой развивают наблюдательность и упражняют внимание малыша, вырабатывают зрительно-моторную координацию; отрабатывают новые движения и совершенствуют уже имеющиеся.

Модели волчков для детей от трех лет совмещает в себе игру и познание мира. Играя в юлу, ребенок может освоить счет, названия животных, геометрических фигур, цифры и буквы, цвета. Музыкальная модель развивает музыкальный вкус и слух у детей. Сейчас на прилавках магазинов можно увидеть музыкальную юлу, юлу со световыми эффектами, с различными фигурками или шариками внутри пластмассового конуса, юлу на подставке или без, и многие-многие другие модели. Юлы выпускают многие известные производители игрушек. Из наиболее популярных и известных: «Stellar», «Simba», «Little Tikes», «B Dot», «Kiddieland» и другие.

А знаете ли вы , что эта игрушка, которая, кстати сказать, давно отпраздновала 100-летний юбилей, удостоилась чести стать памятником? Десятиметровая юла возвышается возле нидерландского Остерхоута.
И это вполне заслуженно. Потому что юла или волчок, как ее называли раньше, была и остается дной из самых любимых и популярных игрушек разных поколений . У вас была юла в детстве? Может быть даже сохранилась? Тогда вы – счастливчик!
Сегодня сложно сказать, кто и когда точно изобрел такую замечательную игрушку, как волчок, потому что она создавалась разными народами, в разных уголках мира. Известно, что еще в Древней Греции люди создавали волчки, причем в те далекие времена они были не только детской забавой, но и видом спорта. Об этом нам говорят чудом сохранившиеся рисунки и манускрипты, найденные археологами во время раскопок на территории Греции.
В древней Японии волчки были неотъемлемым атрибутом актеров и фокусников, которые показывали с их помощью завораживающие иллюзионные шоу, пользующиеся огромной популярностью на протяжении длительного времени.
Самые первые юлы имели примитивную форму и запускались простым движением руки. Это могло быть простое яблоко или груша, нанизанная на прут, или обыкновенный желудь, в редких случаях – морская раковина, наполненная воском для равновесия. Но с течением времени форма волчков усложнялась, мастера придумывали новые оригинальные решения, как сделать изделие интересней, эстетичней и практичней.
В Африке волчки применялись также и для розжига огня. А в Древней Греции с волчками игрались не только дети, но и взрослые, организуя целые турниры. О чем говорят найденные археологами манускрипты. Во времена Средневековья волчок был сделан из дерева и раскручивался двумя ладонями.
Начиная с XVIII столетия юлы становятся излюбленной игрушкой детей многих стран Европы. В Америке волчок становится популярен с XIX века. С этого же времени волчок приобретает ту форму, каким мы знаем его сегодня. Это произошло благодаря трудам талантливого и предприимчивого немецкого игрушечного мастера Лоренца Больца. Будучи сам выходцем из маленькой провинции, Лоренцо старался превосходить даже очень прославленных игрушечных мастеров своей находчивостью и оригинальностью.
Однажды он решил создать юлу для маленьких детей, чтобы она была и интересна для них, и безопасна. Для этого Лоренцо придумал вставить механизм с гайкой, который позволял ей крутиться без раскручивания, ведь маленькие детки не могли еще выполнять этих действий. Получилось очень даже хорошо, так что Лоренцо запатентовал свое изобретение, которое, пройдя сквозь годы и десятилетия, внешне практически не изменилось.
Но совершенствование волчка продолжалось. Ученик Лоренцо, Петер Больц, придумал, что юлу можно наделить голосом. Для этого всего лишь нужно было проделать небольшие отверстия в игрушке, через которые бы проходил воздух и во время кружения издавал жужжащий звук. К 1937 году мастера так наловчились, что научились создавать многотональные звуки волчков, которые вполне можно было использовать в своеобразных оркестрах.
В Советском Союзе массовое производство металлических и пластиковых волчков и юл началось в 1960–70-х. Разноцветные металлические вертушки просто-таки завораживали ребятишек радужными узорами на корпусе и своим гудением. Пластмассовые волчки с цирковым всадником внутри или упряжкой лошадок, скачущих по заснеженному лесу, так гудеть не умели, да и ломались чаще. Но малыши всё равно их очень любили.
Многие родители считают, что юла – это просто забавная игрушка, которая не несет никакой иной функции, кроме игровой. На самом деле юла полезна для развития малыша. Она стимулирует ребенка к активным действиям, развивает координацию движения, ловкость. В настоящее время производятся различные модели этой игрушки. Они имеют различную фактуру, что способствует развитию у ребенка тактильных ощущений, мелкой моторики. Яркие цвета юлы, забавные формы радуют ребенка, увлекают и стимулируют зрение.

Свойства волчка и их применение в науке и технике

Подробности Категория: Механика Опубликовано 26.08.2014 19:37 Просмотров: 7797

Наверное, у каждого из нас в детстве была игрушка юла. До чего же интересно было наблюдать за её вращением! И очень хотелось понять, почему неподвижная юла не может стоять вертикально, а когда её запускаешь, она начинает вращаться и не падает, сохраняя устойчивость на одной опоре.

Хотя юла – всего лишь игрушка, она привлекла пристальное внимание физиков. Юла представляет собой один из видов тела, которое в физике называется волчком. Как игрушка, чаще всего она имеет конструкцию, состоящую из двух полуконусов, соединённых вместе, по центру которых проходит ось. Но волчок может иметь и другую форму. Например, шестерёнка часового механизма тоже является волчком, как и гироскоп — насаженный на стержень массивный диск. Простейший волчок состоит из диска, в центр которого вставлена ось.

Ничто не может заставить волчок сохранять вертикальное положение, когда он неподвижен. Но стоит только раскрутить его, как он будет прочно стоять на остром конце. И чем быстрее скорость его вращения, тем устойчивее его положение.

Почему не падает вращающийся волчок

Нажать на картинку

Согласно закону инерции, открытому Ньютоном, все тела, находящиеся в движении, стремятся сохранить направление движения и величину скорости. Соответственно, подчиняется этому закону и вращающийся волчок. Сила инерции препятствует падению волчка, пытаясь сохранить первоначальный характер движения. Конечно, сила тяжести пытается свалить волчок, но чем быстрее он вращается, тем труднее преодолеть силу инерции.

Прецессия волчка

Толкнём волчок, вращающийся против часовой стрелки в направлении, показанном на рисунке. Под воздействием приложенной силы он наклонится влево. Точка А при этом двигается вниз, а точка В вверх. Обе точки согласно закону инерции окажут сопротивление толчку, пытаясь вернуться в исходное положение. В результате возникнет прецессионная сила, направленная перпендикулярно направлению толчка. Волчок отвернёт влево под углом 90о по отношению к приложенной к нему силе. Если вращение происходило бы по часовой стрелке, он отвернул бы вправо под таким же углом.

Если бы волчок не вращался, то под действием силы тяжести он сразу же упал бы на поверхность, на которой он находится. Но, вращаясь, он не падает, а аналогично другим вращающимся телам получает момент количества движения (угловой момент). Величина этого момента зависит от массы волчка и скорости вращения. Возникает вращающая сила, которая заставляет ось волчка при вращении сохранять угол наклона относительно вертикали.

Со временем скорость вращения волчка снижается, и его движение начинает замедляться. Верхняя его точка постепенно отклоняется от первоначального положения в стороны. Её движение проходит по расходящейся спирали. Это и есть прецессия оси волчка.

Эффект прецессии можно также наблюдать, если, не дожидаясь замедления его вращения, просто толкнуть волчок, т. е. приложить к нему внешнюю силу. Момент приложенной силы изменяет направление момента импульса оси волчка.

Экспериментально подтверждено, что скорость изменения момента импульса вращающегося тела прямо пропорциональна величине приложенного к телу момента силы .

Гироскоп

Нажать на картинку

Если попытаться толкнуть вращающийся волчок, он качнётся и снова примет вертикальное положение. Более того, если его подбросить, то его ось всё равно сохранит своё направление. Это свойство волчка используется в технике.

До того как человечество придумало гироскоп, оно применяло разные способы ориентации в пространстве. Это были отвес и уровень, в основу работы которых была положена гравитация. Позже изобрели компас, который использовал магнетизм Земли, и астролябию, принцип работы которой основан на расположении звёзд. Но в сложных условиях эти приборы не всегда могли работать.

Работа гироскопа, изобретённого в начале XIX века немецким астрономом и математиком Иоганном Боненбергером, не зависела от плохой погоды, тряски, качки или электромагнитных помех. Этот прибор представлял собой тяжёлый металлический диск, через центр которого проходила ось. Вся эта конструкция заключалась в кольцо. Но она имела один существенный недостаток – её работа быстро замедлялась из-за сил трения.

Во второй половине XIX века для разгона и поддержания работы гироскопа было предложено использовать электродвигатель.

В ХХ веке гироскоп заменил компас в самолётах, ракетах, подводных лодках.

В гирокомпасе вращающееся колесо (ротор) устанавливается в кардановом подвесе, представляющем собой универсальную шарнирную опору, в которой закреплённое тело может свободно вращаться одновременно в нескольких плоскостях. Причём направление оси вращения тела останется неизменным независимо от того, как меняется расположение самого подвеса. Такой подвес очень удобно использовать там, где есть качка. Ведь предмет, закреплённый в ней, будет сохранять вертикальное положение несмотря ни на что.

Ротор гироскопа сохраняет свое направление в пространстве. Но Земля вращается. И наблюдателю покажется, что за 24 часа ось ротора делает полный оборот. В гирокомпасе ротор с помощью груза удерживают в горизонтальном положении. Сила тяжести создаёт крутящий момент, и ось ротора всегда направлена строго на север.

Гироскоп стал важнейшим элементом навигационных систем самолетов и морских судов.

В авиации применяется прибор, который называется авиагоризонт. Это гироскопический прибор, с помощью которого определяют углы крена и тангажа.

На основе волчка созданы и гироскопические стабилизаторы. Быстро вращающийся диск препятствует изменению оси вращения, «гасит» качку на кораблях. Такие стабилизаторы используются также в вертолётах для стабилизации их равновесия по вертикали и горизонтали.

Не только волчок может сохранять устойчивое положение относительно оси вращения. Если тело имеет правильную геометрическую форму, при вращении оно также способно сохранять устойчивость.

«Родственники» волчка

У волчка есть «родственники». Это велосипед и винтовочная пуля. На первый взгляд они абсолютно разные. Что же их объединяет?

Каждое из колёс велосипеда можно рассматривать как волчок. Если колёса неподвижны, велосипед валится на бок. А если они катятся, то и он сохраняет равновесие.

А пуля, выпущенная из винтовки, также вертится в полёте, как и волчок. Она ведёт себя так, потому что в стволе винтовки сделаны винтовые нарезы. Проносясь по ним, пуля получает вращательное движение. И в воздухе она сохраняет то же положение, что и в стволе, острым концом вперёд. Точно так же вращаются и пушечные снаряды. В отличие от старых пушек, стрелявших ядрами, дальность полёта и точность попадания таких снарядов выше.