ВОЛЧОК

Предлагаемая полезная модель относится к области создания игрушек, а так же средств научно-технического досуга и может быть использована как наглядное пособие при демонстрации физических законов, в частности, движения, возникающего за счет взаимодействия электромагнитных полей, сил трения.
Известен волчок (смотри Л.Гальперштейн. Забавная физика, стр.70. Москва. Детская литература. 1994 г.). Волчок установлен в металлическом кольце и запускается шнурком, наматываемым на ось вращения. Рабочей поверхностью такого волчка может служить любая поверхность, включая и натянутую нить.
Однако демонстрационные возможности такого волчка заканчиваются в связи с быстрым замедлением вращения.
Известен волчок (Патент США, №5007877 кл.446-242 от 16 апреля 1991 года), содержащий волчок с обкатывающейся поверхностью в виде конца оси вращения и встроенного магнита. Волчок перемещается по рабочей поверхности, под которой расположен ждущий генератор с индуктивной нагрузкой и источник питания.
После первичного запуска волчок со встроенным магнитом проходит над ждущим генератором с индуктивной нагрузкой в виде катушки. В последней за счет ЭДС индукции наводится импульс, которым запускается ждущий генератор, формирующий в катушке импульс. Полярность импульса такова, что наведенное магнитное поле увеличивает скорость движения волчка. Таким образом, обеспечивается подкачка энергии в систему, что делает вращение волчка незатухающим.
Недостатком данного прототипа является малая занимательность из-за строгой регулярности вращения при выходе на рабочий режим.
Недостатки прототипа устраняются в предлагаемом волчке, представленном на фиг.1, где использованы следующие обозначения составных элементов:
1 - основание
2 - рабочая поверхность
3 - ждущий генератор
4 - источник питания
5 - выпукло-вогнутая линза
6 - волчок
7 - магнит Список фигур чертежей:
1 - чертеж волчка предлагаемой полезной модели;
2 - чертеж касания волчка с выпукло-вогнутой линзой.
Предлагаемая полезная модель - волчок, состоит из основания 1 с рабочей поверхностью 2, в которой помещен ждущий генератор 3 и источник питания 4. На рабочей поверхности 2 установлена выпукло-вогнутая линза 5, а на ней установлен волчок 6 с магнитом 7, при этом радиус кривизны наружной поверхности линзы меньше радиуса кривизны рабочей поверхности основания.
Рабочая поверхность 2 может быть выполнена как с бесконечным радиусом кривизны - плоскость, так и вогнутой. Предпочтение для вогнутой поверхности может быть отдано в случае использования волчка 6 большой массы. Это позволит быстрому самоцентрированию волчка при прецессионном вращении и его уходу от ждущего генератора 3.
Обязательным условием работы модели является выполнение наружной поверхности выпукло-вогнутой линзы 5 радиусом кривизны меньше радиуса кривизны рабочей поверхности 2. Это позволит при вращении волчка за счет сил трения вращаться и выпукло-вогнутой линзе 5.
Источник питания, как правило, постоянного тока не более 12 вольт для обеспечения безопасности обращения. Возможно питание от сети переменного тока 380/220 В с обязательной гальванической развязкой.
Итак, пусть волчок 6 первично приведен во вращение одним из известных способов и установлен на выпукло-вогнутую линзу 5. При прохождении магнита 7 над ждущим генератором 3, в последнем за счет ЭДС индукции наводится импульс, полярность которого такова, чтобы наведенное магнитное поле увеличило скорость вращения волчка 6.
При этом за счет сил трения, передающихся от вращающегося волчка 6 приводится во вращение и выпукло-вогнутая линза 5. В связи с тем, что при разгоне и при перемещении волчка 6 все время изменяется и скорость вращения двояковогнутой линзы 5. Благодаря чему усиливается зрелищный эффект.
Однако выпукло-вогнутая линза 5 при некоторых положениях волчка 6 может останавливаться и даже вращаться в обратном направлении по отношению к направлению вращения волчка 6. Объясняется это следующим, смотри фиг.2.
Практически ось волчка 6 может достаточно долго при вращении не совпадать с осью выпукло-вогнутой линзы 5. И точка касания А волчка 6 может не лежать ни на одной из этих осей (на
рисунке отклонение для наглядности значительно увеличено). Точка касания А при вращении волчка 6 по часовой стрелке движется перпендикулярно к плоскости рисунка по направлению к читателю. В результате трения волчок 6 увлекает во вращение выпукло-вогнутую линзу 5 против часовой стрелки. При переходе вращения двояковогнутой линзы 5 от одного состояния к другому она на некоторое время останавливается.
В предлагаемой полезной модели рабочая поверхность 2 может быть жидкостью, например, водой. Однако масса волчка 6 и конструкция выпукло-вогнутой линзы 5 должна позволять плавание всей конструкции. Желательно чтобы толщина водяного слоя была небольшой с целью уменьшения расхода энергии источника питания 4.
При использовании волчка 6 большой массы при перемещении его по поверхности выпукло-вогнутой линзы 5 возможно ее опрокидывание. Для исключения опрокидывания двояко-вогнутая линза 5 может иметь ось вращения, а на рабочей поверхности 2 и в основании 1 может быть выполнено устройство крепления выпукло-вогнутой линзы 5, например, подшипниковый узел. Для большего зрелищного эффекта источник питания 4 может быть вынесен на видимое место, а в качестве источника может быть использованы солнечные батареи.
В цепи источника питания 4 может быть установлен блок изменения напряжения, что позволит регулировать время разгона или замедления волчка 6, его покачиванию и другим зрелищным эффектам.
Место касания волчка 6 может быть не острый конец, а сфера с радиусом не менее половины диаметра оси волчка, что позволит более частому изменению направления вращения волчка 6.
Для большего зрелищного эффекта выпукло-вогнутая линза 5 может быть выполнена из прозрачного стекла и на ее поверхности, а также и на рабочей поверхности 2 могут быть нанесены стробоскопические риски, узоры и т.д. Полюса магнита 7 волчка 6 могут быть расположены как вдоль, так и поперек оси вращения волчка 6. При этом число полюсов магнита 7 должно выбираться с учетом зрелищного эффекта.
Практически для изготовления рабочей поверхности 2 и выпукло-вогнутой линзы 5 лучше использовать очковые линзы +0.25-0.5 диоптрии и +3-6 диоптрий соответственно. Рабочая поверхность 2 может быть и бесконечным радиусом кривизны -плоскость, однако при большой массе волчка 6 он может сдвинуть выпукло-вогнутую линзу 5 в сторону от ждущего генератора 3.
Применение стекла для рабочей поверхности 2 и выпукло-вогнутой линзы предпочтительно для уменьшения сил трения.
Таким образом, показано, что совокупность существенных отличий предлагаемой модели - волчка, обеспечивает получение зрелищного эффекта и технического результата.