ИГРА С ВОЛЧКОМ

Предлагаемая полезная модель относится к области игр, в частности, к волчкам для демонстрации законов физики и прикладной механики.
В настоящее время современное ознакомление и обучение основам теоретической и прикладной механики предусматривает широкое применение различныхмеханических игр,
демонстрирующих как отдельные законы, так и их совокупность
Известна игрушка-волчок под названием Кельтская лодочка /1/, конструкция которой позволяет демонстрировать физическое явление, заключающееся в том, что свободное вращение твердого тела неправильной формы на горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси при некоторых дополнительных условиях может быть устойчивым в одном направлении и неустойчивым в другом
Игрушка - волчок Кельтская лодочка имеет корпус в виде лодочки с плоской верхней поверхностью и овальной выпуклой нижней опорной поверхностью, которая несимметрична относительно продольной и поперечной осей, и, вследствие этой несимметричности, в одну сторону лодочка вращается устойчиво (до тех пор, пока энергия вращения поглотится трением о поверхность, на которой вращается лодочка, и трением о воздух), при закручивании же лодочки в другую сторону она вращается неустойчиво (быстро останавливается, совершив несколько колебаний в вертикальной плоскости, начинает вращаться в направлении, обратном направлению начального импульса ).
Данная игра недостаточно занимательна, т.к. устойчивость вращения обеспечивается в данной конструкции только в одном направлении (или по часовой стрелке, или против часовой стрелки).
Эти недостатки ликвидированы в игре 121 под названием Упрямые Ослики, где эксцентриситет относительно поперечной и продольной осей создан соответствующей установкой на верхней плоской поверхности корпуса волчка поворотных грузиков  осликов.
В этой игре можно создать устойчивое движение волчка в обоих направлениях - как по часовой, так и против часовой стрелки.
Вышеуказанная конструкция волчка и взята автором в качестве прототипа предлагаемой полезной модели, как наиболее близкая по технической сути и достигаемому положительному эффекту.
МКИ:А63Р,9/16
Игра с волчком.
Задачей, которую ставил автор, разрабатывая предлагаемую конструкцию, являлось повышение игровой занимательности волчка без усложнения его конструкции.
Эта задача решена в предлагаемой конструкции волчка, корпус которого выполнен веретенообразным, составленным из двух идентичных элементов типа лодочка, скрепленных плоскими основаниями, а узел поворота главной центральной оси инерции, соответствующей минимальному моменту инерции волчка (J min), относительно продольной оси симметрии корпуса выполнен в виде двух, например металлических, шариков, установленных в соответствующих выемках корпуса в плоскости крепления так, чтобы центры их масс находились по разные стороны как продольной, так и поперечной его осей.
Существенно новыми конструктивными признаками предлагаемой полезной модели являются выполнение корпуса волчка веретенообразным, составленным из двух идентичных элементов типа лодочки, скрепленных плоскими основаниями, и узла поворота главной центральной оси инерции, в виде разнесенных, в соответствии с вышеуказанным условием, металлических шариков.
Предлагаемая конструкция изображена на фиг. 1-2, где, на фиг.1 изображен волчок в собранном виде, а на фиг.2- в разобранном:
1- корпус;
2- первый элемент типа лодочка;
3- плоское основание первого элемента;
4- выпуклое опорное основание первого элемента;
5- второй элемент типа лодочка;
6- плоское основание второго элемента;
7- выпуклое опорное основание второго элемента;
8- первый шарик;
9- второй шарик;
10- выемки под первый шарик;
11- выемки по второй шарик.
Элементы 2 и 5 корпуса 1 волчка могут быть выполнены как из пластмассы , так и из твердых пород дерева, шарики 4, 5 могут быть металлическими, например, стальными.
Соединение элементов 2 и 5 в единое целое может быть осуществлено, например, на клею.
Выемки 10, 11 под шарики 8, 9 в пластмассовых элементах 2 и 5 корпуса обеспечиваются литьевой формой, а в деревянных - обычным сверлением.
Закрепление шариков 8, 9 в выемках 10, 11 обеспечивается или механическим зажатием при соединении элементов 2 и 5, или заливкой клеем.
Волчок работает следующим образом.
Как следует из описания шарики 8 и 9 установлены в корпусе 1 так, что главная центральная ось инерции, соответствующая минимальному моменту инерции волчка (J min), не совпадает с продольной осью симметрии и составляет с ней некоторый угол 8 .
Если расположить волчок опорной поверхностью 4 или 7 на гладкой поверхности и придать ему вращательный импульс в направлении , куда смещены шарики 8 и 9, он будет достаточно долго и устойчиво вращаться в этом направлении до полной остановки.
Если же волчку придать вращательный импульс в обратном направлении, то, совершив некоторый поворот в направлении начального импульса, волчок резко затормозится, и, совершив несколько колебании в вертикальной плоскости, начнет затем устойчиво вращаться по ходу смещения шариков , т.е. в направлении, противоположном приложенному вращательному импульсу.
Если же волчок перевернуть (при этом шарики займут положение зеркальное относительно продольной оси волчка), т.е. смещение шариков будет обратное первому, то все вышеописанные движения волчка под действием тех же вращательных импульсов будут иметь обратный характер.
Кроме того, для приведения волчка во вращательное движение достаточно придать ему любое механическое возмущение иного характера, нарушающее его равновесие, например, колебания опорной поверхности, удар по кончику корпуса волчка в вертикальной плоскости и т.п.
В настоящее время автором изготовлена опытная партия волчков данной конструкции и проводится работа по промышленному освоению данной полезной модели на одном из московских предприятий.
Автор:Јл - В. И. Красноухов
Формула полезной модели.
Игра с волчком, содержащая корпус на основе элемента типа лодочка, с плоским и выпуклым основаниями, поверхность последнего из которых симметрична относительно продольной и поперечной осей, узел поворота главной центральной оси инерции, соответствующей минимальному моменту инерции волчка J min, относительно продольной оси симметрии корпуса волчка, отличающаяся тем, что, в ней , корпус выполнен веретенообразным, составленным из двух идентичных элементов типа лодочка, скрепленных плоскими основаниями, а узел поворота главной центральной оси инерции корпуса выполнен в виде двух, например металлических, шариков, установленных в соответствующих выемках корпуса в плоскости крепления так, чтобы их центры масс находились по разные стороны как продольной, так и поперечной осей его симметрии .
Автор:fofai,В .И. Красноухов
1.Журнал «Наука и Жизнь, №1, 1989, стр. 152-153
2.Патент СССР № 1680241 от 1.02.1989
Литература.