Волчок (дзига)

Динаміка твердих тіл надзвичайно складна. Клейн і Зоммерфельд, наприклад, присвятили цілих чотири томи тільки руху волчков – їх читають ті, хто найменше схильний бавитися цими іграшками.
Л. Купер, фізик, лауреат Нобелівської премії

Спочатку був дзига Чому ж не падає дзига ? Чому, « статут» стояти на ніжці, він відхиляє головку і починає плавно обертати нею ? Може бути, обертаючись, дзига оживає ? Довгі роки люди роздумували над цим і губилися в здогадах.
Перші згадки про дзизі і його незвичайні властивості відносяться до глибокої старовини. До наших днів дійшли такі іграшки, виготовлені в Китаї в III тис. до н. е. (див. статтю “Стародавній Китай стисло “).

В Історичному музеї серед експонатів, що відносяться до початку нашої ери, є дзиги – рулетки. На їх осі насаджені не цілу, а багатокутні диски. На кожній грані диска написана цифра. Мабуть, гра полягала в тому, що, призначивши ставки і оголосивши «свої» цифри, що грають запускали дзига. Через деякий час, що проходило для гравців у хвилюючому очікуванні, дзига зупинявся і падав на одну з граней. Ставки забирав той, чия цифра опинялася на верхній грані лежачого дзиги.
Йшли століття, але інтерес до вовчка та його загадок не падав. Їм цікавилися продавці іграшок, серйозні вчені, моряки і навіть художники.

У Парижі, в Луврі зберігається картина « Хлопчик з дзигою », написана в 1738 р. Її автор Жан Батист Симеон Шарден – видатний французький живописець, академік, найбільший представник реалістичного живопису XVIII в. На картині зображений хлопчик років дванадцяти, що спостерігає за дзигою, що обертається на столі, на якому лежать книги і канцтовари. Дві деталі картини привертають увагу глядача: це дзига зі злегка відхиленою віссю, рух якого відчувається майже фізично, і обличчя хлопчика, не по- дитячому серйозне, напружене; глядачеві ясно – хлопчик намагається сам осягнути таємницю дзиги (адже в книгах про це ще майже нічого не написано).
Однак фундаментальні закони механіки, яким, безумовно, підкоряється рух дзиги, вже відкриті великим Ньютоном. Завдання тепер у тому, як застосувати ці закони для розуміння поведінки дзиги. Сам Ньютон зробив це блискуче, пояснивши прецессию великого дзиги – Землі, відкриту ще у II ст. до н. е.. грецьким астрономом Гиппархом. Але про це пізніше…

Цікаві й багато інших зустрічаються в літературі згадки про волчках. Ось лише деякі з них. Відомий західнонімецький вчений- механік К. Магнус писав: «Дивовижний дзига, тисячі років служив цікавій іграшкою, зачарував свого часу і класиків механіки. Астроном сер Джон Гершель називав його інструментом філософів ».

У XVIII і XIX ст. дзиги стали улюбленою моделлю, до якої вдавалися фізики, прагнучи пояснити ті чи інші явища. Навіть Максвелл, створюючи теорію електромагнітних явищ, вдавався до механічних моделям, велику роль в яких грали дзиги, поміщені в різні точки простору. Видатний фізик першої половини XX в. Енріко Фермі (1901 – 1954) почав свій шлях у науку, намагаючись осягнути таємниці волчков і гіроскопів. Ось що писав про 13-річного Енріко друг сім’ї Фермі інженер Амід: «Згодом я дізнався, що Енріко вивчав математику і фізику по випадкових книгам, які купував у букіністичних магазинах на ринку Камподей – Фьорі. Він сподівався, зокрема, знайти в цих книгах теорію, що пояснює рух волчков і гіроскопів. Пояснення він так і не знайшов. Але, повертаючись до цієї проблеми знову і знову, хлопчик самостійно наблизився до роз’яснення природи загадкового руху дзиги »

Американський інженер Ельмер Сперрі вже мав ряд серйозних винаходів в області електротехніки, коли в 1904 р. купив своїм дітям забавну іграшку – дзига. Невідомо, чи сподобалася іграшка дітям, але тато захопився нею, вгадавши у використанні дивовижних властивостей дзиги – стійкості і прецесії – необмежені можливості для творчості.
Вивчивши нечисленні тоді праці по дзигою і гіроскопа, Е. Сперрі почав працювати над актуальною проблемою того часу – створенням для морського флоту компаса без магніту (гіроскопічного компаса).

У 1908 р. Е. Сперрі власноруч виготовив зразок гірокомпас, який досить успішно пройшов випробування. Успіх окрилив винахідника. У 1910 р. була створена фірма « Сперрі », яка стала випускати гірокомпаси для військових кораблів, а пізніше інші гіроскопічні прилади і автопілоти.
Один з основоположників конструювання і виробництва вітчизняних гіроскопічних приладів Микола Миколайович Остряков (1904-1946) вже в ранньому дитинстві був « зачарований » дзигою, який, за словами академіка А. Ю. Ішлінського, « запускав невтомно ».
Гіроскопічні прилади, розроблені і виготовлені під керівництвом Н. Н. Острякова, допомагали громити ворога в роки Великої Вітчизняної війни.

У поданні на присвоєння Н. Н. Острякова наукового ступеня доктора технічних наук без захисту дисертації академік А. Н. Крилов відзначив, що, подібно видатним механікам минулого, Микола Миколайович «… здійснював свої витвори не пером на папері, а різцем з міді і сталі ».
Отже, Гіроскопічна техніка почалася з дзиги, з його дивовижних властивостей, з якими варто познайомитися докладніше. Однак, щоб зрозуміти ці властивості, потрібно затратити деякий час і зусилля на підготовчу роботу – знайомство з фізичним змістом найнеобхідніших для подальшого викладу понять механіки.

Підготовча робота завжди важка і не для всіх цікава. Вона як підйом в гору: поки піднімаєшся – важко, майже нічого не видно, мучить питання – навіщо все це? Але, досягнувши вершини, переконуєшся, що праця витрачений не даремно – перед тобою ясні дали…

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Модель реального газу