Tippe Top - con quay biết lật

[HalfLife]

Đây là 1 món đồ chơi rất đơn giản nhưng hiện tượng vật lý của nó lại vô cùng thú vị Ai học cơ học vật rắn mà ko biết đến món đồ chơi này coi như là
Con quay biết lật (tiếng Anh: "Tippe Top"-tiếng Đức: "Stehaufkreisel"/"Wendekreisel") có cấu tạo rất đơn giản, gồm 1 phần khối cầu gắn với 1 trục quay như trong hình:

Khi làm cho con quay quay trên phần đáy tròn, nó quay lảo đảo rồi cuối cùng lật ngược trở lại. Kì lạ hơn nữa là nó đã tự nâng trọng tâm của nó lên cao<=> làm tăng thế năng mà ko cần tác động nào bên ngoài
Clip:

Tính chất vật lý kì lạ của con quay này đã làm đau đầu ko ít sinh viên và nghiên cứu sinh cũng như các nhà khoa học hàng đầu Lời giải thích cho hiện tượng này cho đến nay vẫn vô cùng phức tạp!
Ảnh: 2 nhà vật lý lỗi lạc Wolfgang Pauli và Niels Bohr đang nghiên cứu con quay biết lật-University of Lund, 31/5/1951

Đây là hình ảnh con quay lộn ngược dc camera tốc độ cao ghi lại (1200 fps):

Nào các bạn yêu vật lý, hãy thử đưa ra ý kiến của mình về con quay này xem nào

[Toilavatchat]

Sau đây mình chỉ đưa ý kiến chủ quan về mặt định tính có gì mong các bạn góp ý thêm.
Con quay cũng như các vật khác đều có xu hướng trở về vị trí cân bằng.
Phần nào trên con quay xét theo trục quay từ dưới nên trên có khối lượng nặng nhất sẽ ổn định nhất. Điều này dễ thấy khi so sánh 2 con quay có khối lượng lớn và nhỏ. Con quay to sẽ quay ổn định và lâu hơn con quay nhỏ. Ở con quay tự lật này thì phần nằm ở gần đỉnh khối cầu có chứa trọng tâm
là phần ổn định nhất.
Khi quay, điểm nào càng trên cao thì phải chịu tác động của lực li tâm càng lớn. Ban đầu phần ổn định chứa trọng tâm của con quay nằm ở vị trí thấp hơn 1/2 chiều cao của con quay còn phần không ổn định lại nằm ở trên. Lực li tâm sinh ra tác động vào vùng không ổn định làm cho con quay lảo đảo mỗi lúc một nhiều. Con quay có xu hướng nâng trọng tâm của nó lên cao để chống lại lực li tâm. Kết quả là nó lộn ngược đầu trở lại.
Trong các điệu múa ba lê (ballet) hay biểu diễn trượt băng nghệ thuật ta cũng thấy các nghệ sĩ khi quay tròn phải nâng trọng tâm lên cao bằng cách thu chân để giữ thăng bằng.
Tóm lại các bạn có thể hiểu đây là cách giữ thăng bằng của một vật khi quay. [học dốt khổ thế đấy, chỉ nói mà chẳng có công thức gì cả. ]

[Toilavatchat]

Trích: Nguyên văn bởi hmtri2007 Quá phức tạp, nhưng mà khi quay, thanh dài dài ở bên trên con quay từ từ ở vị trí thấp xuống, tức là độ nghiêng của quà cầu tròn tăng dần, tức lực duy trì nó quay giảm đi khá nhiều. Vậy mà nó vẫn bay lên cao được 1 đoạn.

Ý của câu bôi đỏ ở trên sai rồi. Năng lượng của con quay gần như nguyên vẹn sau cú lật mình nên vận tốc quay quanh trục của nó cũng coi như không đổi. Có thể tưởng tượng nó vừa quay nhanh quanh trục, vừa lảo đảo. Bởi thế thì lúc lật ngược lại nó mới quay tiếp được chứ !

[saker]

vậy còn việc nó tự tăng thế năng phải giải thích thế nào đây?

[Toilavatchat]

Thế năng đó được lấy từ động năng trong chuyển động tự quay. Nhưng phần động năng chuyển thành thế năng phải chiếm một phần nhỏ để con quay có thể tiếp tục duy trì chuyển động tự quay của nó. Nhìn hình ảnh con quay ta cũng có thể hình dung ra trọng tâm của con quay chỉ nằm dưới điểm giữa của con quay một chút.

[hmtri2007]

Vậy sao khi quay nó không tiêu hao năng lượng..?

[Toilavatchat]

Không phải không tiêu hao mà là tiêu hao không đáng kể. Để chiếc quay đứng yên được lâu thì người ta phải làm như thế (diện tích tiếp xúc vs mặt đỡ nhỏ, nhẵn - thường làm bằng đinh, đinh nón, bi, mặt cầu,...).

[HalfLife]

Hix, hôm nay ra mấy cửa hàng đồ chơi hỏi chả thấy chỗ nào bán cái này cả. Chẳng lẽ món đồ chơi thú vị nhưng đơn giản thế này lại khó tìm như vậy sao Có khi lại phải tự chế vậy, chán quá

[Toilavatchat]

Vào xưởng tiện gỗ bảo người ta làm cho.

[HalfLife]

Hì hì hay là mình đặt làm cái nì rùi đem đi bán có khi lời to

Trích: Nguyên văn bởi Toilavatchat Sau đây mình chỉ đưa ý kiến chủ quan về mặt định tính có gì mong các bạn góp ý thêm. Con quay cũng như các vật khác đều có xu hướng trở về vị trí cân bằng. Phần nào trên con quay xét theo trục quay từ dưới nên trên có khối lượng nặng nhất sẽ ổn định nhất. Điều này dễ thấy khi so sánh 2 con quay có khối lượng lớn và nhỏ. Con quay to sẽ quay ổn định và lâu hơn con quay nhỏ. Ở con quay tự lật này thì phần nằm ở gần đỉnh khối cầu có chứa trọng tâm là phần ổn định nhất. Khi quay, điểm nào càng trên cao thì phải chịu tác động của lực li tâm càng lớn. Ban đầu phần ổn định chứa trọng tâm của con quay nằm ở vị trí thấp hơn 1/2 chiều cao của con quay còn phần không ổn định lại nằm ở trên. Lực li tâm sinh ra tác động vào vùng không ổn định làm cho con quay lảo đảo mỗi lúc một nhiều. Con quay có xu hướng nâng trọng tâm của nó lên cao để chống lại lực li tâm. Kết quả là nó lộn ngược đầu trở lại. Trong các điệu múa ba lê (ballet) hay biểu diễn trượt băng nghệ thuật ta cũng thấy các nghệ sĩ khi quay tròn phải nâng trọng tâm lên cao bằng cách thu chân để giữ thăng bằng. Tóm lại các bạn có thể hiểu đây là cách giữ thăng bằng của một vật khi quay. [học dốt khổ thế đấy, chỉ nói mà chẳng có công thức gì cả. ]

Hi hi con quay lảo đảo ko ổn định là vì 1 lí do khác cơ! Gợi ý: nó nằm ngay câu ở dưới của a chất.

Trích: Nguyên văn bởi Toilavatchat Thế năng đó được lấy từ động năng trong chuyển động tự quay. Nhưng phần động năng chuyển thành thế năng phải chiếm một phần nhỏ để con quay có thể tiếp tục duy trì chuyển động tự quay của nó. Nhìn hình ảnh con quay ta cũng có thể hình dung ra trọng tâm của con quay chỉ nằm dưới điểm giữa của con quay một chút.

Phần này a chất giải thích đúng rồi