ЗАБАВА И ДЛЯ ВЗРОСЛЫХ

Изображённая на рисунке и схеме простенькая игрушка дошла до наших дней от древних кельтов. Самое интересное, что в неё с удовольствием играли не только дети, но и взрослые: настолько необычными свойствами она обладала. Если слегка закрутить предмет, напоминающий лодочку, по часовой стрелке, то, покрутившись некоторое время как волчок, он остановится, а затем неожиданно начнёт вращаться… в обратную сторону!

Всем, кто ещё со школьной скамьи запомнил закон сохранения энергии, это может показаться невероятным. Но легко отрицать то, что нельзя проверить экспериментально, наглядно продемонстрировать. А эту игрушку (см. фото) каждый может не только сделать сам, но и испытать её загадочный эффект.

Любопытно наблюдать за теми, кто пытается с ходу объяснить странности её поведения. Чаще всего это связывают с магнитным полем, электростатическими или аэродинамическими силами, наличием внутри особой жидкости и так далее, пока не дойдут до нечистой силы. Хорошо бы, конечно, чтобы игрушка была прозрачной: это сразу исключило бы и такие подозрения, как спрятанный моторчик, гироскоп или хитрые пружинки. Ближе всех к реальности бывают… рыбаки, нередко наблюдающие подобное явление при резких поворотах моторных лодок.

История загадочной игрушки не менее таинственна, чем её поведение. Точные данные отсутствуют, но предполагают, что впервые такой эффект был обнаружен случайно у непонятного предмета, найденного при раскопках поселений древнего европейского племени кельтов. Рассказывают, что один археолог в задумчивости бессознательно крутил на своём столе странную вещицу, которую посчитали наконечником кельтской стрелы. Неожиданно он заметил, что тщательно отполированный, но несимметричный камешек по собственному желанию меняет направление вращения. Можно только гадать, откуда знали об этом древние кельты, или галлы, как называли их римляне.

Однако теперь подобные тела, обладающие способностью менять направление вращения, называют кельтскими камнями.

Такую необычную игрушку можно сделать из пластмассы, дерева, металла, гипса или другого поддающегося обработке материала. Чтобы попробовать, скопируйте форму «лодочки», показанную на рисунке. Качество модели определяется очень просто: подсчитывают количество оборотов, которые она совершит после изменения направления вращения. «Лодочка» может сделать до шести оборотов. Для проверки эффекта избирательного вращения лучше не закручивать её, а слегка ударить сверху по одному концу модели: она начнет вращаться.

В чём же секрет удивительных свойств кельтского камня? Попробуйте разобраться, экспериментируя с ним самостоятельно.

Приведённые три проекции кельтской «лодочки» — в натуральную величину. Они являются исходными для изготовления игрушек разного размера (задав размеры клеток по своему усмотрению).

Обратите внимание, что при закручивании модели против часовой стрелки эффекта реверса не возникает: «лодочка» ведёт себя «нормально», то есть как любой волчок. Секрет кроется в несимметрии камня, незаметной на первый взгляд.

Для получения эффекта реверса необходимо выполнить два условия. Первое — соблюсти особую форму опорной поверхности «лодочки». Второе условие касается распределения масс. Из курса физики мы знаем, что для каждого тела можно указать ось вращения, относительно которой оно обладает минимальным моментом инерции. Эта ось в кельтских камнях никогда не совпадает с плоскостью малой кривизны, а образует с ней некоторый угол. Когда величина этого угла составляет всего несколько градусов, несимметрия кельтского камня может быть не видна глазу. От знака угла зависит, по или против часовой стрелки будет крутиться модель после удара по одному из её концов сверху.

Кельтская «лодочка» и её проекции в натуральную величину

На количество оборотов кельтского камня влияют ещё несколько причин — например, трение в точке опоры. Потери энергии на трение должны быть минимальными, но также важно, чтобы камень не проскальзывал по опоре. При слишком малом или большом трении эффект реверса не возникнет. Важную роль играет также высота центра масс относительно точки опоры и соотношение моментов инерции относительно главных осей инерции.

Влияющих факторов так много, что в изготовлении кельтских камней пока что искусства больше, чем ремесла. Журнал «Наука и жизнь», публикуя это описание кельтской «лодочки», сделанное А. Калининым несколько лет назад, подчёркивал, что лучшая конструкция ещё не создана, нет ответа и на многие интересные вопросы. Можно ли придумать модель, обладающую неоднократным реверсом, то есть способную после первоначального запуска несколько раз менять направление вращения? Какой должна быть форма камня, чтобы направление вращения зависело от того, по какой точке его ударили сверху?

Всех, кому при изготовлении игрушки удастся получить новые результаты по возможностям кельтского камня (теоретические или практические), приглашаем поделиться ими с читателями нашего журнала.