Соберите вертушку из спичек и бумаги, разместите ее над горящей свечой — и она начнет вращаться неподвижно стоя. Как такое возможно? Что за сила заставляет неживой предмет двигаться безо всякого видимого внешнего воздействия? Этот феномен, известный как тепловая или свечная движущаяся вертушка, интригует умы исследователей уже много лет.
Вертушка, также известная как Крокодил Данди приятельски, впервые была описана физиком Джорджем Гэбором в 1896 году. Он заметил, что когда свет от свечи нагревает воздух над собой, то на этот нагретый воздух действует сила, которая способна вызвать вращение вертушки. Он объяснил это явление простым принципом сохранения импульса — воздух, нагретый свечой, поднимается вверх, и его движение передается вертушке.
Однако, ученые не сразу приняли объяснение тепловой движущейся вертушки. В течение десятилетий после открытия феномена было предложено несколько альтернативных гипотез. Одни ученые рассматривали возможность давления воздуха от свечи, другие предполагали влияние конвекции, а третьи допускали наличие побочных эффектов, таких как электрические заряды или магнитное поле.
Вопрос о причине движения вертушки вокруг свечи оставался открытым до 1950-х годов, когда физик Фелькерт Мейндал предложил более полное объяснение происходящего. Он установил, что вертушка работает как тепловой двигатель, использующий тепловую энергию свечи для создания работы. Это явление подтверждено множеством исследований и позволяет сегодня с уверенностью говорить о причинах и механизмах, лежащих в основе движения вертушки сверху свечи.
Физика вращения
Основными параметрами, описывающими вращение объекта, являются угловая скорость, момент инерции и крутящий момент. Угловая скорость определяет скорость вращения объекта вокруг оси. Момент инерции характеризует распределение массы объекта относительно оси вращения и определяет его способность к вращению. Крутящий момент определяет силу, вызывающую вращение объекта.
В случае с вертушкой, свеча создает нагревательный поток воздуха, который вызывает вращение лопастей вертушки. Нагретый воздух поднимается вверх и создает неравномерное давление на лопасти вертушки. Это неравновесное давление создает крутящий момент, который приводит к вращению вертушки вокруг оси.
Физика вращения имеет широкий спектр применений, включая механику, электронику, аэродинамику и многие другие области науки и техники. Изучение вращения позволяет понять, как работают различные механизмы и устройства, а также разработать новые технологии и инновационные решения.
Таким образом, физика вращения играет важную роль в понимании и объяснении различных физических явлений, в том числе явления вращения вертушки над свечой.
Влияние тепла и воздушных потоков
Тепловые движения воздуха, вызванные горящей свечой, создают разность воздушного давления: воздух поднимается над свечой, а вокруг формируется зона более низкого давления. Воздушные потоки, движущиеся от зоны высокого давления к зоне низкого давления, вызывают вращение лопастей вертушки.
Также следует отметить, что искра от свечи может вызывать дополнительное движение вертушки. Когда свеча горит, нагретые газы и пыль в воздухе могут воспламениться и создавать маленькие искры. Эти искры могут быть достаточно горячими, чтобы вызвать вращение вертушки при встрече с лопастями.
Важно отметить, что для того чтобы вертушка начала вращаться над свечой, необходимо соответствующее расположение лопастей. Если лопасти вертушки расположены слишком близко к свече или наоборот, слишком далеко, их вращение может быть затруднено или вообще не возникнуть. Поэтому для эффектного вращения вертушки над свечой важно подобрать оптимальное расстояние между свечой и лопастями.
 |  |
Эффект Коанды
При рассмотрении данного эффекта важно учитывать ряд факторов. Во-первых, вертушка должна быть создана из легкого материала, чтобы она могла свободно вращаться на воздухе. Во-вторых, свеча должна выделять достаточное количество тепла и дыма, чтобы вызвать движение воздуха вокруг нее.
Основной принцип работы эффекта Коанды заключается в следующем. Когда свеча горит, она нагревает воздух вокруг себя, вызывая его подъем вверх. Поднимающийся поток воздуха создает разрежение над свечой, которое привлекает вертушку. Подобно тому, как знаки на автомобильной дороге воздействуют на ветер, магнитное поле вертушки влияет на поток воздуха и заставляет ее вращаться.
Таким образом, эффект Коанды объясняет, почему вертушка вращается над свечой. Этот пример демонстрирует взаимодействие тепла, дыма, движения воздуха и магнитного поля, которое создает движение вертушки. Этот эффект может быть интересным объектом исследования и может привлечь внимание ученых и любителей науки.
Роль разности плотностей
Разность плотностей играет важную роль в объяснении феномена вращения вертушки над свечой. Для понимания этого явления необходимо рассмотреть взаимодействие между газом и свечным пламенем.
Свечное пламя состоит из горящего воска, который поднимается вверх и окружается горячими газами. В результате горения свечи происходит выделение тепла, что приводит к разогреву воздуха вокруг пламени.
Разогретый воздух становится менее плотным по сравнению с холодным воздухом, что приводит к возникновению разницы плотностей. Также, над пламенем свечи образуется выпаривающийся воск, который взмывает вверх вместе с нагретым воздухом.
Учитывая разницу плотностей воска и воздуха, вертушка, помещенная над свечой, начинает двигаться под воздействием потока разогретого воздуха и поднимающегося воска. При этом, вертушка начинает вращаться вокруг своей оси.
| Феномен | Объяснение |
|---|---|
| Вращение вертушки | Разогретый воздух вокруг свечи и выпаривающийся воск создают поток, который переводит вертушку в движение. |
Вклад сил трения и момента инерции
Сила трения возникает в результате взаимодействия между поверхностями вертушки и воздуха. Когда вертушка начинает вращаться над пламенем свечи, возникает двойное воздействие силы трения. С одной стороны, вертушка вращается в результате воздействия потока воздуха, создаваемого пламенем свечи. Этот поток воздуха действует на лопасти вертушки, вызывая их вращение. С другой стороны, поверхность лопастей вертушки также взаимодействует с воздухом, вызывая силу трения, которая также способствует вращению вертушки.
Момент инерции – это физическая величина, которая характеризует инертность вращающегося тела и определяет его способность сохранять угловую скорость. Момент инерции зависит от массы тела и расположения этой массы относительно оси вращения. В случае вертушки, момент инерции зависит от массы самой вертушки и расположения этой массы относительно оси вращения, то есть от расположения лопастей и других элементов вертушки.
Сила трения и момент инерции оказывают взаимосвязанный эффект на вращение вертушки над свечой. Сила трения обеспечивает начальное вращение вертушки, а момент инерции определяет скорость и устойчивость этого вращения. Если момент инерции вертушки большой и распределение массы равномерно, то вращение будет продолжаться на длительное время. В противном случае, если момент инерции мал и распределение массы неравномерно, вращение будет слабым и неустойчивым.
Изучение вклада силы трения и момента инерции является важным для понимания причин, по которым вертушка вращается над свечой. Эти факторы объясняют, почему вертушка начинает вращаться и почему вращение может продолжаться или останавливаться.