На сайте «ОКО ПЛАНЕТЫ» появилась статья «Сдвиг полюсов. Физика процесса». Я с этой статьей согласен и не согласен одновременно, то есть мои взгляды на этот процесс несколько отличаются от взглядов автора. Физика данного явления очень сложная, сразу во всем докопаться до истины невозможно. Я подозреваю, что научные споры о физике сдвига полюсов еще не скоро утихнут, если они утихнут вообще. А по сему, в своей статье я рассмотрю не проблему целиком, а только маленький ее фрагмент. Этот фрагмент касается старинной китайской игрушки – волчка. Можно сказать, игрушка существует сотни или тысячи лет, но физика поведения игрушки до конца не понята до сих пор. Вот моя точка зрения на физику поведения данной игрушки (фотография игрушки ниже)
Вначале о поведении тел в потенциальном поле. Все тела в потенциальном поле стремятся к уменьшению потенциальной энергии, и никогда не происходят обратные процессы. То есть разговор о том, что камень всегда скатывается с горы, и никогда произвольно не катится под гору. Он и не может произвольно катиться в гору, потому что существует закон сохранения энергии по которому энергия замкнутой системы не может самопроизвольно возрастать, энергия ниоткуда не появляется.
Когда мы рассматриваем вращающиеся тела здесь картина несколько иная. Нет, закон сохранения энергии безукоризненно работает и здесь, разница только в том, что вращающееся тело обладает определенным запасом кинетической энергии, которая тоже ниоткуда не появляется и никуда не исчезает, но может переходить в другие виды энергии, в том числе и в потенциальную, закон сохранения энергии этот переход не запрещает.
Теперь конкретно о китайском волчке. Мы раскручиваем волчок тупым концом вниз, то есть центр тяжести волчка находится в максимально низком положении. Потенциальная энергия волчка в гравитационном поле Земли минимальна при неизменном положении опорной поверхности. Если бы волчок не обладал кинетической энергией вращения, он был бы подобен камню, который никогда не катится в гору, а только с горы. Что же дает волчку кинетическая энергия вращения? При уменьшении скорости вращения за счет потерь на трение, высокий конец волчка начинает прецессировать, за счет этого ось вращения и точка опоры не совпадают. Силы трения еще интенсивней тормозят вращение волчка, прецессия усиливается. Силы трения и прецессия приподнимают центр тяжести волчка выше над опорной поверхностью. На это расходуется часть кинетической энергии вращения. Напомним, камень в потенциальном поле не может катиться в гору, у него на это нет энергии, вращающийся волчок может себе позволить такую роскошь, у него есть кинетическая энергия.
А теперь давайте вспомним не только про знаменитый закон сохранения энергии, но и не менее знаменитый закон сохранения момента количества движения. Так вот, по мере замедления вращения и усиления прецессии, момент количества движения ведет себя сложно, он уменьшается вместе со скоростью вращения, но возрастает за счет изменения момента инерции относительно оси вращения. Опыт эксплуатации китайского волчка показывает, что можно за счет формы волчка заставить его приподнимать центр тяжести, увеличивая тем самым потенциальную энергию, но уменьшая момент количества вращения. Когда волчок встает на острый конец, потенциальная энергия его максимальна, но момент количества движения минимален, волчок как бы находит точку временного равновесия. Таков, с моей точки зрения, принцип работы китайского волчка. И так вести себя, его заставляет совместное воздействие закона сохранения энергии и закона сохранения момента количества движения.
17.08.2017г.