Типп -топ — это разновидность волчка , который при вращении самопроизвольно переворачивается и начинает вращаться на узком стебле. Он был изобретен немецкой медсестрой Хеленой Шперл в 1898 году. [1]
Типп-топ обычно имеет корпус в форме усеченной сферы с коротким узким стержнем, прикрепленным перпендикулярно к центру плоской круглой поверхности усечения. Стержень может использоваться как ручка для подъема волчка, а также для приведения его в движение.
Когда волчок вращается с высокой угловой скоростью , его стержень медленно наклоняется вниз все больше и больше, пока он внезапно не приподнимет корпус волчка над землей, при этом стержень теперь направлен вниз. В конце концов, по мере замедления скорости вращения волчка, он теряет устойчивость и в конце концов опрокидывается, как обычный волчок.
На первый взгляд инверсия волчка может ошибочно показаться ситуацией, когда объект спонтанно приобретает общую энергию . Это происходит потому, что инверсия волчка поднимает центр масс объекта , что означает, что потенциальная энергия фактически увеличилась. Причиной инверсии (и увеличения потенциальной энергии) является крутящий момент из-за поверхностного трения , который также уменьшает кинетическую энергию волчка, поэтому общая энергия фактически не увеличивается. [2]
Когда волчок вращается на своей ножке, он не вращается в направлении, противоположном тому, в котором он начал вращаться. Например, если волчок вращался по часовой стрелке , как только он окажется на своей ножке, он будет вращаться по часовой стрелке, если смотреть сверху. Это постоянное направление вращения обусловлено сохранением углового момента .
Обычно предполагается, что скорость волчка в точке контакта с плоскостью равна нулю (т.е. проскальзывания нет). Однако, как указал П. Контенсу, [3] это предположение не приводит к правильному физическому описанию движения волчка. Необычное поведение волчка можно полностью описать, рассмотрев силы сухого трения в точке контакта. [4] [5]