Chương IV: Vật lý vui Eulers disk (Đĩa Euler) đồ chơi giáo dục
Chương IV: James Watt nhà vật lý, nhà phát minh, doanh nhân giàu có (Đọc thêm)
Eulers disk (đĩa Euler) một món đồ chơi khoa học mang tính giáo dục cao được dùng để minh họa cho động năng của một vật mỏng phẳng quay trên một bề mặt nhẵn. Eulers disk (đĩa Euler) được đặt tên theo Leonhard Euler (1707-1783) nhà toán học, nhà vật lý học người Thụy Sĩ.
Chương IV: Vật lý vui Eulers disk (Đĩa Euler) đồ chơi giáo dục
Leonhard Euler là người đầu tiên sử dụng từ “hàm số” (được Gottfried Leibniz định nghĩa trong năm 1694) để miêu tả một biểu thức có chứa các đối số, như y = f(x). Ông cũng được xem là người đầu tiên dùng vi tích phân trong môn vật lý.
Linh kiện và sử dụng:
Eulers disk (đĩa Euler) về cơ bản gồm một đĩa phẳng và một vật tròn mỏng phẳng (có hình dạng giống như đồng xu tạm gọi là đồng xu) các bạn có thể hoàn toàn chế tạo được. Tuy nhiên để duy trì quá trình chuyển động quay của đồng xu người cung cấp món đồ chơi này thường chế tạo Eulers disk (đĩa Euler) bằng đía thép khá dày và nặng có mạ crom để tăng độ sáng bóng. Bề mặt đĩa hơi lõm nhẹ nếu không quan sát kỹ sẽ rất khó thấy.
Để tăng hiệu ứng trong quá trình xoay của đồng xu bán kèm (cũng là thép mạ crom) các nhà cung cấp đồ chơi có tặng bạn các miếng dán lấp lánh phản xạ tốt ánh sáng tới.
Sử dụng Eulers disk (đĩa Euler) rất đơn giản, bạn chỉ cần quay đồng xu và cùng ngắm nó xoay tròn cho đến khi dừng lại, dưới đây là video về cách thức hoạt động của món đồ chơi thú vị này.
Càng về giai đoạn cuối của đồng xu âm thanh “lăng xăng” phát ra do sự va đập của đồng xu vào bề mặt đĩa có tần số gia tăng một cách nhanh chóng. Trong khoảng thời gian đó các điểm tiếp xúc của đồng xu với mặt phẳng của Eulers disk (đĩa Euler) tạo ra một vòng tròn chuyển động với tốc độ ω. Nếu chuyển động đó không bị tiêu hao năng lượng do ma sát, do sức cản không khí, thì đĩa sẽ quay mãi. Tuy nhiên như bạn đã quan sát trong video đồng xu sẽ bị dừng lại sau một khoảng thời gian nào đó tùy thuộc vào năng lượng ban đầu bạn cấp cho đồng xu trước khi quay.
Đối với một đồng xu nhỏ ta thấy thời gian chuyển động cuộn tròn (quay) của đồng xu rất ngắn. Để giải bài toán trên một cách chính xác đòi hỏi quá nhiều đến các kiến thức toán học và các phương trình vật lý phức tạp, trong phạm vi bài viết tác giả chỉ đề cập đến một phần nhỏ sử dụng đến kiến thức vật lý phổ thông để bạn đọc dễ hình dung.
Hai loại lực ma sát chính cản trở chuyển động cuộn tròn (quay) của đồng xu là ma sát lăn và ma sát không khí, động năng mà đồng xu nhận được tiêu hao chuyển hóa thành nhiệt năng. Để tăng động năng thì ta phải tăng khối lượng và vận tốc ban đầu của vật (Wđ = 0,5mv2) điều này có thể hoàn toàn làm được nhờ kỹ năng xoay đồng xu của bạn và lựa chọn đồng xu to hơn (khối lượng đồng xu phải tuân theo một tỉ lệ xác định không phải cứ to mãi là được)
Trong khi chuyển động cuộn tròn thế năng của lực hấp dẫn đặt vào trọng tâm của đồng xu giảm dần do ma sát và một phần chuyển thành động năng khiến đồng xu chuyển động cuộn tròn (quay) nhanh hơn. Trọng tâm của đồng xu càng cao thì thế năng hấp dẫn càng lớn => hình dạng của đồng xu lớn cũng góp một phần ảnh hưởng đến thời gian chuyển động của đồng xu.