Школьная энциклопедия. Сферические волчки. Если все три момента инерции молекулы равны, то она относится к сферическим волчкам, например, тетраэдрическая молекула метана

Наверное, у каждого из нас в детстве была игрушка юла. До чего же интересно было наблюдать за её вращением! И очень хотелось понять, почему неподвижная юла не может стоять вертикально, а когда её запускаешь, она начинает вращаться и не падает, сохраняя устойчивость на одной опоре.

Хотя юла – всего лишь игрушка, она привлекла пристальное внимание физиков. Юла представляет собой один из видов тела, которое в физике называется волчком. Как игрушка, чаще всего она имеет конструкцию, состоящую из двух полуконусов, соединённых вместе, по центру которых проходит ось. Но волчок может иметь и другую форму. Например, шестерёнка часового механизма тоже является волчком, как и гироскоп - насаженный на стержень массивный диск. Простейший волчок состоит из диска, в центр которого вставлена ось.

Ничто не может заставить волчок сохранять вертикальное положение, когда он неподвижен. Но стоит только раскрутить его, как он будет прочно стоять на остром конце. И чем быстрее скорость его вращения, тем устойчивее его положение.

Почему не падает вращающийся волчок

Нажать на картинку

Согласно закону инерции, открытому Ньютоном, все тела, находящиеся в движении, стремятся сохранить направление движения и величину скорости. Соответственно, подчиняется этому закону и вращающийся волчок. Сила инерции препятствует падению волчка, пытаясь сохранить первоначальный характер движения. Конечно, сила тяжести пытается свалить волчок, но чем быстрее он вращается, тем труднее преодолеть силу инерции.

Прецессия волчка

Толкнём волчок, вращающийся против часовой стрелки в направлении, показанном на рисунке. Под воздействием приложенной силы он наклонится влево. Точка А при этом двигается вниз, а точка В вверх. Обе точки согласно закону инерции окажут сопротивление толчку, пытаясь вернуться в исходное положение. В результате возникнет прецессионная сила, направленная перпендикулярно направлению толчка. Волчок отвернёт влево под углом 90 о по отношению к приложенной к нему силе. Если вращение происходило бы по часовой стрелке, он отвернул бы вправо под таким же углом.

Если бы волчок не вращался, то под действием силы тяжести он сразу же упал бы на поверхность, на которой он находится. Но, вращаясь, он не падает, а аналогично другим вращающимся телам получает момент количества движения (угловой момент). Величина этого момента зависит от массы волчка и скорости вращения. Возникает вращающая сила, которая заставляет ось волчка при вращении сохранять угол наклона относительно вертикали.

Со временем скорость вращения волчка снижается, и его движение начинает замедляться. Верхняя его точка постепенно отклоняется от первоначального положения в стороны. Её движение проходит по расходящейся спирали. Это и есть прецессия оси волчка.

Эффект прецессии можно также наблюдать, если, не дожидаясь замедления его вращения, просто толкнуть волчок, т. е. приложить к нему внешнюю силу. Момент приложенной силы изменяет направление момента импульса оси волчка.

Экспериментально подтверждено, что скорость изменения момента импульса вращающегося тела прямо пропорциональна величине приложенного к телу момента силы .

Гироскоп

Нажать на картинку

Если попытаться толкнуть вращающийся волчок, он качнётся и снова примет вертикальное положение. Более того, если его подбросить, то его ось всё равно сохранит своё направление. Это свойство волчка используется в технике.

До того как человечество придумало гироскоп, оно применяло разные способы ориентации в пространстве. Это были отвес и уровень, в основу работы которых была положена гравитация. Позже изобрели компас, который использовал магнетизм Земли, и астролябию, принцип работы которой основан на расположении звёзд. Но в сложных условиях эти приборы не всегда могли работать.

Работа гироскопа, изобретённого в начале XIX века немецким астрономом и математиком Иоганном Боненбергером, не зависела от плохой погоды, тряски, качки или электромагнитных помех. Этот прибор представлял собой тяжёлый металлический диск, через центр которого проходила ось. Вся эта конструкция заключалась в кольцо. Но она имела один существенный недостаток – её работа быстро замедлялась из-за сил трения.

Во второй половине XIX века для разгона и поддержания работы гироскопа было предложено использовать электродвигатель.

В ХХ веке гироскоп заменил компас в самолётах, ракетах, подводных лодках.

В гирокомпасе вращающееся колесо (ротор) устанавливается в кардановом подвесе, представляющем собой универсальную шарнирную опору, в которой закреплённое тело может свободно вращаться одновременно в нескольких плоскостях. Причём направление оси вращения тела останется неизменным независимо от того, как меняется расположение самого подвеса. Такой подвес очень удобно использовать там, где есть качка. Ведь предмет, закреплённый в ней, будет сохранять вертикальное положение несмотря ни на что.

Ротор гироскопа сохраняет свое направление в пространстве. Но Земля вращается. И наблюдателю покажется, что за 24 часа ось ротора делает полный оборот. В гирокомпасе ротор с помощью груза удерживают в горизонтальном положении. Сила тяжести создаёт крутящий момент, и ось ротора всегда направлена строго на север.

Гироскоп стал важнейшим элементом навигационных систем самолетов и морских судов.

В авиации применяется прибор, который называется авиагоризонт. Это гироскопический прибор, с помощью которого определяют углы крена и тангажа.

На основе волчка созданы и гироскопические стабилизаторы. Быстро вращающийся диск препятствует изменению оси вращения, «гасит» качку на кораблях. Такие стабилизаторы используются также в вертолётах для стабилизации их равновесия по вертикали и горизонтали.

Не только волчок может сохранять устойчивое положение относительно оси вращения. Если тело имеет правильную геометрическую форму, при вращении оно также способно сохранять устойчивость.

«Родственники» волчка

У волчка есть «родственники». Это велосипед и винтовочная пуля. На первый взгляд они абсолютно разные. Что же их объединяет?

Каждое из колёс велосипеда можно рассматривать как волчок. Если колёса неподвижны, велосипед валится на бок. А если они катятся, то и он сохраняет равновесие.

А пуля, выпущенная из винтовки, также вертится в полёте, как и волчок. Она ведёт себя так, потому что в стволе винтовки сделаны винтовые нарезы. Проносясь по ним, пуля получает вращательное движение. И в воздухе она сохраняет то же положение, что и в стволе, острым концом вперёд. Точно так же вращаются и пушечные снаряды. В отличие от старых пушек, стрелявших ядрами, дальность полёта и точность попадания таких снарядов выше.

Как у Вас еще нет такого волчка? Значит Вы многое упустили в детстве... Немедленно приобретайте! Голову заморочит, кому хочешь... Кручу, верчу, многое узнать хочу... например, о динамических свойствах этого своенравного переворачивающегося волчка. Посмотрите только на этих знаменитых физиков В. Паули и Н. Бора. Как Вы думаете, чем они увлечены? ...

Никто не знает, когда впервые был запущен китайский волчок, и кто его придумал. Но известно, что впервые необычными свойствами китайского волчка при вращении заинтересовался великий физик лорд Кельвин.

Позднее китайский волчок приобрел еще одно название "волчок Томсона" по имени ученого, занимавшегося изучением гироскопов. С тех пор такие волчки "крутят" во всем мире!

Китайский волчок - это шарик со срезанной верхушкой, на поверхности среза в центре расположена ножка-ось. Чтобы увидеть во вращении этого волчка что-то отличающее его от обычного волчка, нужно при его изготовлении соблюсти одно правило: центр масс волчка не должен совпадать с геометрическим центром шара-заготовки.

В устойчивом состоянии, т.е. в положении равновесия, китайский волчок подобен «Ваньке-встаньке». Центр тяжести расположен ниже центра кривизны его поверхности.

Без вращения волчок под действием силы тяжести устанавливается так, что ножка вытянута по вертикали. Волчок опирается на плоскость одной точкой своей сферической поверхности. Если его сильно раскрутить, то, вращаясь, он начинает наклоняться, переворачивается, а затем встает на ножку. Вращение при этом не прекращается. Правда, неправдоподобно? Но, факт!

Основные параметры волчка: О - центр масс волчка, h - расстояние от центра масс до точки опоры; K - центр кривизны волчка в точке опоры, r - радиус кривизны.

Если любой симметричный волчок привести во вращение вокруг его геометрической оси симметрии и установить на плоскость в вертикальном положении, то это вращение в зависимости от формы волчка и угловой скорости вращения может быть устойчивым или неустойчивым.

Поведение волчка при вращении будет зависеть от отношения момента инерции относительно геометрической оси симметрии к моменту инерции относительно главной центральной оси, перпендикулярной оси симметрии, а также от отношения расстояния от центра масс до точки опоры (h) к радиусу кривизны шляпки волчка (r).

При сильном раскручивании волчка происходит некоторое небольшое непроизвольное отклонение его от вертикального положения. При дальнейшем вращении геометрическая ось симметрии волчка занимает все более наклонное положение относительно вертикальной оси вращения.

На поверхности волчка не существует постоянной точки опоры. Смещающаяся точка опоры на его поверхности, постоянно приближаясь к срезу шарика, описывает на поверхности, на которой вращается волчок, кривую линию.

Центр масс волчка, который находится ниже геометрического центра шара, из которого он изготовлен, смещается при этом с оси вращения и начинает вращаться вокруг нее.

По мере вращения ось вращения и геометрическая ось волчка все более смещаются относительно друг друга. Трение в точке опоры создает вращающий момент, определяемый расхождением осей симметрии и вращения и направленный к низу. Это ведет к еще большему наклону волчка на бок. При большой угловой скорости вращения центр масс поднимается, а сам волчок все больше «заваливается» на бок.

После перехода волчка по инерции через горизонтальное положение вращающий момент за счет силы тяжести меняет свое направление и пытается перевернуть волчок.

Как только волчок коснется краешком ножки поверхности, на которой происходит вращение, точка опоры переходит на краешек ножки, и китайский волчок, как самый обыкновенный, начинает процессировать вокруг вертикальной оси, описывая коническую поверхность. За счет действия момента силы трения, направленного к вертикали, волчок, в конце концов, совместит свою ось с вертикалью, и мы увидим вертикальное вращение волчка «вверх ногами», т.е. на ножке.

Со временем из-за подъема центра масс и потерь на трение угловая скорость вращения волчка уменьшается.

Интересно, что если, например, запустить его по часовой стрелке, то после переворачивания направление вращения его относительно собственной геометрической оси симметрии сохраняется неизменным(если наблюдать за вращением только с одной стороны - например, сверху).

Но если проанализировать вращение волчка, наблюдая за ним все время вращения только с одной стороны, например, со стороны ножки, то можно заметить, что после опрокидывания на ножку, вращение волчка вокруг оси симметрии будет противоположно исходному. Это было замечено на опытах, когда вращение волчка происходило на поверхности копировальной бумаги. Вычерченная в результате вращения линия на поверхности волчка показывает, где, в какой момент произошло изменение направления вращения

Где же, в какой момент происходит эта неуловимая для глаза смена направления вращения?

Когда геометрическая ось волчка при вращении переходит в горизонтальное положение, в этот момент вращение вокруг геометрической оси симметрии волчка отсутствует! Здесь то и меняется неощущаемое визуально направление вращения.

соответственно от единиц до сотен см -1 (h- постоянная Планка, с - скорость света). Чисто вращательные спектры КР наблюдаются при облучении молекул видимым или УФ-излучением с частотой v0; соответствующие разности волновых чисел, отсчитываемые от линии рэлеевского рассеяния, имеют те же значения, что и волновые числа в чисто вращательных спектрах ИК и микроволнового диапазонов. При изменении электронного и колебательного состояний молекул всегда меняются и вращательные состояния, что приводит к появлению так называемой вращательной структуры электронных и колебательных спектров в УФ-, ИК-областях и в колебательно-вращательных спектрах КР.

Для приближенного описания вращательного движения молекулы можно принять модель жестко связанных точечных масс, т.е. атомных ядер, размеры которых ничтожно малы по сравнению с самой молекулой. Массой электронов можно пренебречь. В классической механике вращение жесткого тела характеризуется главными моментами инерции IА, IB, IC относительно трех взаимно перпендикулярных главных осей, пересекающихся в центре масс. Каждый момент инерции, где mi-точечная масса, ri-ее расстояние от оси вращения.

Полный момент количества движения G связан с проекциями момента на главные оси соотношением:

Энергия вращения Евр, являющаяся кинетической энергией (Твр), в общем случае выражается через проекции полного момента количества движения и главные моменты инерции соотношением:

Согласно квантовомеханическим представлениям, момент количества движения молекулы может принимать только определенные дискретные значения. Условия квантования имеют вид:

где Gz - проекция момента на некоторую выделенную ось z; J = 0, 1, 2, 3, ... - вращательное квантовое число; К - квантовое число, принимающее при каждом J(2J + 1) значений: 0, ± 1, ±2, ±3, ... ±J.

Выражения для Евр различны для четырех основных типов молекул:

1) линейных, например, О-С-О, Н=С N, Н-С С-Н; частный случай - двухатомные молекулы, например N2, HC1;

2) молекул типа сферического волчка, например, СС14, SF6;

3) молекул типа симметричного волчка, напр. NH3, СН3С1, С6Н6; 4) молекул типа асимметричного волчка, например, Н2О, СН2С12.

4.1 Типы вращательных спектров

Линейные молекулы. Для них Евр = G2/2IB, т. к. в этом случае один из главных моментов инерции равен нулю, а два других - для вращения относительно осей, перпендикулярных оси молекулы, - равны между собой (обозначаются IB). Такие молекулы описываются моделью, так называемой жесткого ротатора - материальной точки с массой т, вращающейся

по окружности радиуса r. В квантовомеханическом описании, где F(J) = Eвp/hc (в см -1) - вращательный терм,

В -вращательная молекулярная постоянная. В частном случае двухатомной молекулы

где r-расстояние между атомными ядрами с массами m1 и m2, = m1m2/(m1 + m2) - приведенная масса. Обычно молекулы характеризуют равновесными значениями параметров r (обозначают rе IB и В, соответствующих минимуму потенциальной энергии; на практике из вращательных спектров определяют параметры, несколько отличающиеся от равновесных. На рис. 5 показана система вращательных термов двухатомной молекулы.

Если линейная молекула полярна, т.е. обладает отличным от нуля электрическим дипольным моментом (например, НС1, HCN), возможны переходы между соседними термами, для которых = 1. Микроволновые вращательные спектры линейных молекул (рисунки 8а и 9) представляют собой серию примерно равноотстоящих линий; общее выражение для их волновых чисел при указанном правиле отбора имеет вид:

Спектры КР образованы переходами, для которых = 2 (рисунок 8 б). В этом случае

• = В(4J + 6), (25)

причем J, как и в случае спектров поглощения, относится к нижнему из двух уровней, между которыми происходит переход. Такие спектры характерны как для полярных, так и для неполярных молекул. Таким образом, по расстоянию между линиями вращательных спектров, равному в спектрах поглощения 2В, а в спектрах КР - 4В, определяют В, IB и вращательные термы. Для двухатомных молекул из значений IB находят межъядерное расстояние. В случае многоатомных молекул для определения всех межъядерных расстояний исследуют вращательные спектры изотопных разновидностей молекулы. При этом в хорошем приближении считается, что при изотопном замещении меняются только массы ядер и, следовательно, значения IB и В, а межъядерные расстояния остаются неизменными.

Рисунок 8 - Вращательные термы двухатомной молекулы, а также схемы образования чисто вращательных спектров поглощения (а) и спектров КР (б)

Рисунок 9 - Вращательный спектр поглощения молекулы НСl. Над пиками указано соответствующее квантовое число J уровня, с которого происходит переход.

Реальные молекулы не являются жесткими системами, при их вращении происходит, в частности, центробежное искажение структуры. Интенсивность линий вращательных спектров определяется вероятностью квантовых переходов (зависит от волновых функций состояний и операторов электрических моментов) и заселенностью состояний, т.е. долей NJ молекул, находящихся в данном состоянии, относительно общего числа молекул N0. Если при рассмотрении волновых функций состояний учитывать влияние спинов ядер, то оказывается возможным объяснить особенности вращательных спектров КР центросимметричных линейных молекул (Н2, О2, СО2). Если ядерный спин равен нулю, каждый второй вращательный уровень не может быть заселен, например, у молекулы О2 - каждый уровень с четным J, и в спектре не будет половины (через одну) линий. При ядерном спине, не равном нулю, наблюдается чередование интенсивностей линий спектров КР. Например, в случае Н2 (спин протона равен 1/2) отношение интенсивностей "четных" линий к "нечетным" равно 1:3, что соответствует соотношению пара- и орто-модификаций Н2.

Молекулы типа сферического волчка. В таких молекулах все главные моменты инерции одинаковы (обозначаются IB); выражения для Евр в классической теории и в квантово-механическом описании такие же, как для линейных молекул. Однако чисто вращательных спектров у молекул рассматриваемого типа нет, поскольку они изотропны (обладают сфероидом поляризуемости) и не имеют дипольного момента. В таком случае переходы между вращательными термами запрещены как в спектрах поглощения, так и в спектрах КР. Однако соответствующие молекулярные параметры можно получать, изучая вращательную структуру колебательных и электронных спектров веществ в газовой фазе.

Молекулы типа симметричного волчка. В таких молекулах один главный момент инерции отличается от двух других, которые равны между собой: (предельный частный случай - линейные молекулы). Выражение для вращательного терма имеет вид:

где вращательная постоянная.

Различают вытянутый симметричный волчок, когда IА < IB = IC, и сплюснутый, когда IA > IB = IC В первом случае (А - В) > О, т. е. при данном J с ростом абсолютного значения Квыт энергия уровней растет, а во втором случае (А - В) < О и энергия с ростом K2 уменьшается. Поскольку по правилам отбора для таких молекул переходы возможны только без изменения квантового числа К, то из вращательных спектров определяется лишь одна вращательная постоянная В и момент инерции IB = IC, а для определения IA и геометрических параметров необходимы дополнительные данные, например, по изотопно-замещенным молекулам.

Молекулы типа асимметричного волчка. В этом случае все моменты инерции различны, точного аналитического выражения для вращательного терма как функции квантовых чисел нет, а система энергетических уровней может быть представлена как нечто промежуточное между случаями вытянутого и сплюснутого симметричных волчков. Сложность системы уровней и правил отбора приводит и к усложнению наблюдаемых вращательных спектров. Тем не менее, для ряда молекул рассматриваемого типа, например, SO2, CH2C12, этиленоксида и других, проведен полный анализ вращательных спектров и определены длины связей и валентные углы.

4.2 Значение и применение

Вращательные спектры высоко индивидуальны, что позволяет по нескольким линиям отождествлять конкретные молекулы (конформации, изотопные разновидности и т.п.). Именно по вращательным спектрам открыто существование свободных молекул в межзвездном пространстве. По тонкой структуре вращательных спектров, вызванной колебательно-вращательными взаимодействиями, можно определять потенциальные функции внутреннего вращения, инверсионного и других типов внутримолекулярных движений с большими амплитудами. Современная техника (двойной оптико-микроволновой резонанс с использованием лазеров) позволяет наблюдать чисто вращательные переходы в высоковозбужденных (электронных и колебательных) состояниях молекул, т.е. изучать по вращательным спектрам свойства молекул в этих состояниях. Исследование параметров спектральных линий (уширение, сдвиг частоты) дает сведения о межмолекулярных взаимодействиях.

При наложении внешнего электрического или магнитного поля происходит расщепление вращательных уровней энергии молекул; соответственно усложняются правила отбора и вращательных спектров. Появляется возможность получения дополнительной информации, в частности об электрических дипольных и квадрупольных моментах, магнитных моментах и анизотропии магнитной восприимчивости молекул. Вращательные спектры парамагнитных молекул можно наблюдать избирательно в смеси с другими молекулами.

Определяемые из вращательных спектров молекулярные постоянные позволяют найти вращательную сумму (сумму по состояниям) Qвр - одну из главных составляющих полной суммы по состояниям, которая необходима для расчета термодинамических функций веществ и констант равновесия химических реакций в газовой фазе.

Спектрометры высокого разрешения позволяют измерять очень тонкие расщепления вращательных спектров молекул и определять молекулярные параметры с высокой точностью. Так, длины связей находят по вращательным спектрам с точностью до тысячных долей нм, валентные углы - до десятых градуса. Микроволновая спектроскопия наряду с газовой электронографией - основной метод изучения геометрии молекул. Все шире применяется для этих целей также лазерная КР-спектроскопия и Фурье-спектроскопия.

5 ВИДЫ ВОЛЧКОВ

В качестве молекулярной модели выберем систему связанных между собой частиц (эффективных атомов) Эти частицы представляют собой точечные массы, связанные невесомыми пружинами, и должны обладать определенными электрическими свойствами, например должны нести некоторый заряд, поляризоваться под действием внешнего электрического поля, обладать ядерным спином. тогда вся система частиц (молекула) могла бы иметь постоянный или приобрести под действием поля переменный дипольный момент. Такие частицы мы условно будем называть «атомами».

Для упрощения задачи рассмотрим вращение отдельно от колебаний. Кроме того вращающуюся молекулу будем считать жестким телом, т. е. таким телом, в котором расстояния между атомами не изменяются. Это означает, что пружины, связывающие между собой все точечные массы будем считать жесткими, не допускающими изменение расстояния между атомами. Следовательно, потенциальную энергию системы можно принять равной нулю. Это и есть модель жесткого ротатора.

Вращение трехмерного тела может быть весьма сложным, и его удобно разложить на составляющие по трем взаимно перпендикулярным направлениям, проходящим через центр тяжести. - главным осям вращения. Соответственно этому тело обладает тремя главными моментами инерции, по одному относительно каждой оси, обозначаемыми как В соответствии с этим все молекулы можно разделить на группы, что равносильно классификации молекул по форме.

Линейные волчки. Все атомы в таких молекулах расположены вдоль прямой, например молекула НCl или OCS:

Три направления вращения могут быть выбраны следующим образом: а - вокруг направления связи, b - вращение концов молекулы в плоскости листа, с - вращение концов молекулы перпендикулярно этой плоскости. Очевидно, что,а относительно оси а момент очень мал, т. е.

Симметричные волчки. Рассмотрим молекулу типа метилфторида, в которой три атома водорода тетраэдрически связаны с атомом углерода. Вращение концов молекулы в плоскости страницы и перпендикулярно ей идентичны и Моментом инерции относительно направления связи C-F (которое выбрано за главную ось вращения, т.к. на ней расположен центр тяжести) в данном случае пренебречь нельзя из-за вклада от вращения трех атомов водорода, расположенных вне этой оси. Вращающаяся вокруг данной оси молекула похожа на волчок, откуда и произошло это название. Итак, для симметричного волчка

В данную группу входят две подгруппы:

Это вытянутый симметричный волчок,

Это сплюснутый симметричный волчок.

Сферические волчки. Если все три момента инерции молекулы равны, то она относится к сферическим волчкам, например, тетраэдрическая молекула метана. .

Эти молекулы из-за своей симметричности не обладают, и вращение само по себе не приводит к изменениям дипольного момента, поэтому вращательный спектр для них не наблюдается.

Асимметричные волчки. У таких молекул различны все три момента инерции:

Простой пример - молекула воды - .

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Атомная и молекулярная спектроскопия» М., Ельяшевич 1969 г.

2. «Электронные спектры в органической химии» 2 изд., Свердлова О.В., 1985 г.

3. « Колебательные спектры многоатомных молекул» М., Свердлов Л. М., Ковнер М. А., Крайнев Е. П., 1970 г.

4. «Колебания молекул» 2 изд., М. Ю. А. Пептин,1972 г.

5. « Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул» пер. с англ., М., Ю. А. Пентин, 1949г.

6. http://www.femto.com.ua/ articles/part_1/2342.html

Краткое описание

Молекула - микрочастица, образованная из двух или большего числа атомов и способная к самостоятельному существованию. Имеет постоянный состав, входящих в нее атомных ядер и фиксированное число электронов и обладает совокупностью свойств, позволяющих отличать одну молекулу от других, в том числе от молекул того же состава. Молекула как система, состоящая из взаимодействующих электронов и ядер, может находиться в различных состояниях и переходить из одного состояния в другое вынужденно (под влиянием внешних воздействий) или самопроизвольно.
Теория колебаний и вращения многоатомных молекул исходит из рассмотрения энергии колебаний и вращения молекулы, как одной из частей полной энергии молекулы.

Оглавление

Введение 3
1 Место вращения в энергетике видов движения молекул 5
1.1 Молекулярные спектры 5
2 Электронные спектры 8
2.1 Классификация электронных состояний 9
2.2 Правила отбора 10
2.3 Колебательная структура электронных спектров 11
2.4 Спектры поглощения 12
2.5 Спектры испускания 14
2.6 Применение электронных спектров 14
2.7 Колебательная структура электронных спектров 15
2.8 Вращательная структура электронных спектров 19
3 Колебательные спектры 21
3.1 Интерпретация и применение 24
3.2 Вращательная структура колебательных спектров 26
4 Вращательные спектры 28
4.1 Типы вращательных спектров 29
4.2 Значение и применение 33
5 Виды волчков 35
Список использованных источников литературы

угловая скорость собственного вращения уменьшается. Когда скорость вращения становится недостаточно большой, ось волчка начинает спиралеобразно отклоняться от вертикали (прецессировать), и в конце концов волчок прекращает вращение и падает. Волчок - это простейший пример гироскопа , являющегося важнейшим элементом целого ряда навигационных приборов.

Разновидности

• Кубарь - русский вариант волчка тромпо .
• Левитрон - на магнитной подушке.

Также существуют разновидности волчков, запускаемых при помощи рукоятки и верёвки, их формы и размеры разнообразны.

Игрушки с использованием волчка

Существует напоминающая бильярд игра, называемая тирольской рулеткой , в которой волчок, находящийся в тарелкообразной форме, раскидывает шарики в разные стороны. Эти шарики могут попадать в лунки, каждая из которых означает определённое количество очков для начисления игроку.

В изобразительном искусстве

В кино и других видах деятельности человека

• Волчок (2009) - российский художественный фильм, психологическая драма Василия Сигарева.
• Начало - художественный фильм 2010 года, США.
• Что? Где? Когда? - интеллектуальная телепередача, в которой вопросы для знатоков выбирает волчок со стрелкой-указателем.

См. также

Напишите отзыв о статье "Волчок (игрушка)"

Примечания

Ссылки

Отрывок, характеризующий Волчок (игрушка)

– Очень, говорят, плохи дела их, – сказала Жюли. – И он так бестолков – сам граф. Разумовские хотели купить его дом и подмосковную, и все это тянется. Он дорожится.
– Нет, кажется, на днях состоится продажа, – сказал кто то. – Хотя теперь и безумно покупать что нибудь в Москве.
– Отчего? – сказала Жюли. – Неужели вы думаете, что есть опасность для Москвы?
– Отчего же вы едете?
– Я? Вот странно. Я еду, потому… ну потому, что все едут, и потом я не Иоанна д"Арк и не амазонка.
– Ну, да, да, дайте мне еще тряпочек.
– Ежели он сумеет повести дела, он может заплатить все долги, – продолжал ополченец про Ростова.
– Добрый старик, но очень pauvre sire [плох]. И зачем они живут тут так долго? Они давно хотели ехать в деревню. Натали, кажется, здорова теперь? – хитро улыбаясь, спросила Жюли у Пьера.
– Они ждут меньшого сына, – сказал Пьер. – Он поступил в казаки Оболенского и поехал в Белую Церковь. Там формируется полк. А теперь они перевели его в мой полк и ждут каждый день. Граф давно хотел ехать, но графиня ни за что не согласна выехать из Москвы, пока не приедет сын.
– Я их третьего дня видела у Архаровых. Натали опять похорошела и повеселела. Она пела один романс. Как все легко проходит у некоторых людей!
– Что проходит? – недовольно спросил Пьер. Жюли улыбнулась.
– Вы знаете, граф, что такие рыцари, как вы, бывают только в романах madame Suza.
– Какой рыцарь? Отчего? – краснея, спросил Пьер.
– Ну, полноте, милый граф, c"est la fable de tout Moscou. Je vous admire, ma parole d"honneur. [это вся Москва знает. Право, я вам удивляюсь.]
– Штраф! Штраф! – сказал ополченец.
– Ну, хорошо. Нельзя говорить, как скучно!
– Qu"est ce qui est la fable de tout Moscou? [Что знает вся Москва?] – вставая, сказал сердито Пьер.
– Полноте, граф. Вы знаете!
– Ничего не знаю, – сказал Пьер.
– Я знаю, что вы дружны были с Натали, и потому… Нет, я всегда дружнее с Верой. Cette chere Vera! [Эта милая Вера!]
– Non, madame, [Нет, сударыня.] – продолжал Пьер недовольным тоном. – Я вовсе не взял на себя роль рыцаря Ростовой, и я уже почти месяц не был у них. Но я не понимаю жестокость…
– Qui s"excuse – s"accuse, [Кто извиняется, тот обвиняет себя.] – улыбаясь и махая корпией, говорила Жюли и, чтобы за ней осталось последнее слово, сейчас же переменила разговор. – Каково, я нынче узнала: бедная Мари Волконская приехала вчера в Москву. Вы слышали, она потеряла отца?
– Неужели! Где она? Я бы очень желал увидать ее, – сказал Пьер.
– Я вчера провела с ней вечер. Она нынче или завтра утром едет в подмосковную с племянником.
– Ну что она, как? – сказал Пьер.
– Ничего, грустна. Но знаете, кто ее спас? Это целый роман. Nicolas Ростов. Ее окружили, хотели убить, ранили ее людей. Он бросился и спас ее…
– Еще роман, – сказал ополченец. – Решительно это общее бегство сделано, чтобы все старые невесты шли замуж. Catiche – одна, княжна Болконская – другая.
– Вы знаете, что я в самом деле думаю, что она un petit peu amoureuse du jeune homme. [немножечко влюблена в молодого человека.]
– Штраф! Штраф! Штраф!
– Но как же это по русски сказать?..

Когда Пьер вернулся домой, ему подали две принесенные в этот день афиши Растопчина.
В первой говорилось о том, что слух, будто графом Растопчиным запрещен выезд из Москвы, – несправедлив и что, напротив, граф Растопчин рад, что из Москвы уезжают барыни и купеческие жены. «Меньше страху, меньше новостей, – говорилось в афише, – но я жизнью отвечаю, что злодей в Москве не будет». Эти слова в первый раз ясно ыоказали Пьеру, что французы будут в Москве. Во второй афише говорилось, что главная квартира наша в Вязьме, что граф Витгснштейн победил французов, но что так как многие жители желают вооружиться, то для них есть приготовленное в арсенале оружие: сабли, пистолеты, ружья, которые жители могут получать по дешевой цене. Тон афиш был уже не такой шутливый, как в прежних чигиринских разговорах. Пьер задумался над этими афишами. Очевидно, та страшная грозовая туча, которую он призывал всеми силами своей души и которая вместе с тем возбуждала в нем невольный ужас, – очевидно, туча эта приближалась.

ЗАГАДКИ ОБЫКНОВЕННОГО ВОЛЧКА

Волчок - это незамысловатая с виду игрушка, которой развлекались дети всех времен и народов. Но она обладает целым рядом удивительных и на первый взгляд необъяснимых свойств!

Ж.Б.Шарден. Мальчик с волчком. 18 век.

Кроме обычного волчка существует ещё его усложнённый вариант - юла, которая имеет механизм для раскручивания.

"Поведение волчка в высшей степени удивительно ! Если он не вертится, то сразу опрокидывается , и его не удержать в равновесии на кончике. Но это совершенно другой предмет, когда он кружится : он не только не падает, но и проявляет сопротивление , когда его толкают, и даже принимает все более и более вертикальное положение." - так говорил о волчке известный английский ученый Дж. Перри.

Японские волчки

Волчки были привезены в Японию из Китая и Кореи около 1200 лет назад. Волчок составляет одну из любимейших игр в Японии." Некоторые сделаны очень искусно: они спускаются с горы, танцуют на канате, разлетаются в куски, которые продолжают вертеться."
В настоящее время в Японии насчитывается около тысячи разных видов волчков, формы которых могут быть самыми различными - от обыкновенных вертящихся волчков до изделий сложной, причудливой формы. Их размеры колеблются от 0,5 мм до 90 см.