Диск Эйлера
Диск Эйлера научная обучающая игрушка, используемая для иллюстрации и изучения динамической системы вращающегося диска на плоской поверхности (например, вращающаяся монета), также была предметом ряда научных работ[1][2][3]. По-видимому, известность данная игрушка получила из-за резкого ускорения скорости вращения, когда диск теряет энергию и приближается к состоянию покоя. Данный феномен назван в честь Леонарда Эйлера, который изучал его в XVIII веке.
Физика процесса
Вращающийся диск в конечном счете останавливается, и делает это он довольно резко. Заключительная стадия движения сопровождается жужжащим звуком быстро увеличивающейся частоты. При вращении диска точка контакта описывает круг, который колеблется с постоянной угловой скоростью . Если движение не диссипативно (без трения), является постоянным, и движение сохраняется навсегда; Это противоречит наблюдению, поскольку не является постоянным в реальных жизненных ситуациях. Фактически, скорость прецессии оси симметрии приближается к конечному значению, моделируемому степенным законом с показателем приблизительно −1/3 (в зависимости от конкретных условий).
Есть два заметных диссипативных эффекта — это трение качения, когда монета скользит по поверхности, и воздушное сопротивление. Эксперименты показывают, что трение качения в основном отвечает за диссипацию и скорость прецессии[4] — эксперименты в вакууме показывают, что отсутствие воздуха мало влияет на скорость прецессии, и что она систематически зависит от коэффициента трения. В пределе малого угла (то есть непосредственно перед моментом остановки вращения диска) преобладающим фактором является аэродинамическое сопротивление (в частности, вязкая диссипация), но до этой конечной стадии доминирующим эффектом является трение качения.
Ссылки
- http://eulersdisk.com/pubs.html - широкая подборка публикаций по физике процесса
Примечания
- C. Le Saux, R.I. Leine, and C. Glocker. Dynamics of a Rolling Disk in the Presence of Dry Friction (англ.) // Nonlinear Sci. — 2005. — Vol. 15. — P. 27—61.
- A. Stanislavsky, K. Weron. Nonlinear oscillations in the rolling motion of Euler's disk (англ.) // Physica D: Nonlinear Phenomena. — 2001. — August (vol. Vol. 156, Issue 3—4). — P. 247—259.
- H. Caps, S. Dorbolo, S. Ponte, H. Croisier, and N. Vandewalle. Rolling and slipping motion of Euler's disk // Physical Review, E 69, 056610 (6). — 2004.
- Easwar, K.; Rouyer, F.; Menon, N. Speeding to a stop: The finite-time singularity of a spinning disk (англ.) // Physical Review E : journal. — 2002. — Vol. 66, no. 4. — P. 045102. — doi:10.1103/PhysRevE.66.045102. — .