Egal, ob Sie zappelige Spinner als lustiges Spielzeug oder als unglaublich nervige Geräte betrachten, es gibt tatsächlich eine ziemlich große Menge an Physik, die sie zum Funktionieren bringt. Zappelspinner sind im Wesentlichen kleine Gyroskope, die diese physikalischen Prinzipien einbringen, aber wir können andere Konzepte durch Spielen verstehenAuch mit den sich drehenden Spielzeugen. Durch Untersuchen und Studieren von Zappelspinnern können wir exponentiellen Zerfall, Kreiselbewegung, Reibung, Trägheit und vieles mehr verstehen. Schauen wir uns die Physik hinter Zappelspinnern an.
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Kreiselbewegung
Zappelspinner sind im Wesentlichen Taschengyroskope. Gyroskope sind Spinnvorrichtungen, die auf einer Achse montiert sind, um einem Körper durch den Bewegungswiderstand aufgrund des Drehimpulses Stabilität zu verleihen. Sie können dieses Prinzip verstehen, wenn Sie einen Zappelspinner drehen. Wenn Sie versuchen, sich zu drehenWenn der Spinner nicht parallel zu seiner Rotationsachse verläuft, spürt man den Widerstand des Spinners selbst. Eine andere verrückte Sache passiert, wenn man mit einem zappeligen Spinner spielt. Er bewegt sich nicht immer so, wie man es erwarten würde.
Wenn wir dies genauer untersuchen, bleibt uns das Prinzip der gyroskopischen Präzession. Sie können dies bei der Arbeit sehen, wenn Sie einen zappeligen Spinner nehmen und versuchen, ihn nach vorne zu kippen. Anstatt den Spinner nach vorne zu kippen, sortieren Sie ihnDiese Schrägdrehung ist ein direktes Ergebnis der Kreiselpräzession.
Gyroskopische Präzession wird definiert, wenn eine Kraft auf einen rotierenden Körper ausgeübt wird. Eine Kraft erscheint 90 Grad nach dem Aufprallpunkt in Drehrichtung. Dies ist das genaue Prinzip, das bei Verwendung eines zappeligen Spinners angewendet wird. Jetzt können Sie dies tunBringe anderen Menschen ein wenig Physik bei, während du zappelst.
Exponentieller Zerfall
Einige Leute spielen mit Zappelspinnern, um ihre Drehzeit zu verbessern. Für viele geht es beim Drehen eines Zappelspinners viel weniger um Zappeln und ein bisschen mehr um einen Wettbewerb. Wenn Sie jemals Zeit damit verbracht haben, dann wahrscheinlichVerstehen Sie, dass es wirklich schwierig ist, die Schleuderzeit Ihres zappeligen Spinners drastisch zu verbessern. Aus allgemeiner Sicht kann es sinnvoll sein, einen doppelt so harten oder doppelt so schnellen Dreh eines Spinners zu einer doppelten Schleuderzeit zu führen, aber das ist nicht einmal annähernd sozu dem, was tatsächlich passiert. Dies ist auf das Prinzip des exponentiellen Zerfalls zurückzuführen.
Das obige Video zeigt sehr detailliert, wie dieses Prinzip in Bezug auf Zappelspinner funktioniert, aber wir werden auch hier darauf eingehen. Wenn wir beobachten, wie sich die Frequenz und damit die Geschwindigkeit eines Zappelspinners im Laufe der Zeit ändert, bleiben wir zurückMit einem Diagramm, das ein nahezu perfektes exponentielles Verhalten zeigt. Wenn wir dies beobachten, sehen wir, dass die Geschwindigkeit eines Zappelspinners mit der Zeit exponentiell abnimmt. Nehmen Sie dieses Prinzip und wenden Sie die Hypothese an, dass eine Verdoppelung der Anfangsgeschwindigkeit die Zeit verdoppeln würdeWir sehen, dass aufgrund des exponentiellen Zerfalls die Zeit nur um etwa ein Fünftel erhöht wird. Der tatsächliche Zeitanstieg hängt vom tatsächlichen Zerfall Ihres spezifischen Zappelspinners ab. Jedes Mal, wenn die Geschwindigkeit desSpinnerhälften und im Video oben waren es 40 Sekunden.
Wenn wir den exponentiellen Zerfall verstehen, können wir verstehen, dass es eine physikalisch maximale Zeit gibt, die ein zappeliger Spinner drehen kann. Wir können versuchen, das Drehen eines Spinners zu erhöhen, aber letztendlich kämpfen wir nur gegen die Gesetze der Physik selbst.
Winkelgeschwindigkeit
Zappelspinner können als Demonstrationsmodelle für die Berechnung der Winkelgeschwindigkeit verwendet werden. Mithilfe einer einfachen App auf Ihrem Smartphone, die die Frequenz misst, können Sie Ihren Zappelspinner so schnell wie möglich bewegen und die höchste Frequenz bestimmen, mit der er sich drehteAbhängig davon, wie viele Knoten Ihr Spinner hat, normalerweise 3 oder 2, müssen Sie diese Frequenz durch Ihren jeweiligen Betrag teilen. Dies liegt an der Tatsache, dass die gemessene Schallfrequenz angibt, wie oft jeder Knoten das Mikrofon an Ihrem passiertSmartphone. Da Sie versuchen, die gesamte Geschwindigkeit des Zappelspinners zu berechnen und es mehr als einen Knoten gibt, müssen Sie durch die entsprechende Zahl dividieren.
Sie sollten eine Anzahl von Hz haben, die Ihr Zappelspinner gedreht hat. Wenn Sie den Radius Ihres Zappelspinners messen und mit 2 pi und der von Ihnen berechneten Hz-Anzahl multiplizieren, bleibt eine Geschwindigkeit in den Einheiten übrig, die Sie gemessen habenRadius in Sekunden - wahrscheinlich Zoll / s oder Zentimeter / s. Wenn Sie diese Einheiten dann in KPH oder MPH umwandeln, können Sie die genaue Geschwindigkeit ermitteln, mit der sich Ihr zappeliger Spinner drehte.
Dies ist eine großartige und ziemlich erreichbare Möglichkeit, Ihren Kindern Physik und Mathematik beizubringen, während Sie Spaß mit einem neuen Spielzeug haben.