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Comprendre la physique des Fidget Spinners


Que vous envisagiez des jouets amusants de fidget spinners ou des gadgets incroyablement ennuyeux, il y a en fait une quantité assez importante de physique qui les fait fonctionner. Les spinners Fidget sont essentiellement de petits gyroscopes, apportant ces principes physiques, mais nous pouvons également comprendre d'autres concepts en jouant avec les jouets rotatifs. En examinant et en étudiant les spinners fidget, nous pouvons comprendre la décroissance exponentielle, le mouvement gyroscopique, la friction, l'inertie et bien plus encore. Jetons un coup d'œil à la physique derrière les spinners fidget.

[Source de l'image: Pixabay]

Mouvement gyroscopique

Les spinners Fidget sont essentiellement des gyroscopes de poche. Les gyroscopes sont des dispositifs de rotation montés sur un axe utilisé pour assurer la stabilité d'un corps grâce à la résistance au mouvement due à l'élan de rotation. Vous pouvez comprendre ce principe lorsque vous faites tourner un spinner fidget. Si vous essayez de faire tourner le spinner d'une manière qui n'est pas parallèle à son axe de rotation, vous ressentez la résistance du spinner lui-même. Une autre chose folle se produit lorsque vous jouez avec un spinner fidget, il ne se déplace pas toujours de la manière que vous attendez.

En examinant cela plus en détail, nous nous retrouvons avec le principe de la précession gyroscopique. Vous pouvez voir cela au travail si vous prenez un spinner fidget et essayez de l'incliner vers l'avant. Au lieu que le spinner s'incline vers l'avant comme vous le souhaitez, il s'incline en quelque sorte en diagonale, par rapport à la direction dans laquelle le spinner va. Cette rotation diagonale est le résultat direct de la précession gyroscopique.

La précession gyroscopique est définie lorsqu'une force est appliquée à un corps en rotation, une force apparaît 90 degrés après le point d'impact dans le sens de rotation. C'est le principe exact en jeu lors de l'utilisation d'un fidget spinner. Donc, maintenant, vous pouvez enseigner un peu de physique à d'autres personnes pendant que vous bougez.

Décomposition exponentielle

Certaines personnes jouent avec des spinners fidget afin d'améliorer leur temps de rotation. Pour beaucoup, faire tourner un spinner fidget est beaucoup moins une question d'agitation et un peu plus une compétition. Si vous avez déjà passé du temps à faire cela, vous comprenez probablement qu'il est vraiment difficile d'améliorer considérablement le temps de rotation de votre fidget spinner. D'un point de vue général, il peut être logique de faire tourner une centrifugeuse deux fois plus fort ou deux fois plus vite que cela entraînerait le double du temps de rotation, mais ce n'est même pas proche de ce qui se passe réellement. Cela est dû au principe de la décroissance exponentielle.

La vidéo ci-dessus explique en détail le fonctionnement de ce principe par rapport aux spinners fidget, mais nous y plongerons également ici. En observant comment la fréquence et donc la vitesse d'un spinner fidget change avec le temps, nous nous retrouvons avec un graphique qui démontre un comportement exponentiel presque parfait. En observant cela, nous voyons qu'au fil du temps, la vitesse d'un spinner fidget diminue de façon exponentielle avec le temps. En prenant ce principe et en appliquant l'hypothèse que doubler la vitesse initiale doublerait le temps, nous voyons qu'en raison de la décroissance exponentielle, cela ne fait qu'augmenter le temps de quelque chose comme un 1/5. L'augmentation de temps réelle variera en fonction de la désintégration réelle de votre spinner fidget spécifique. Une période de décroissance se produit chaque fois que la vitesse des moitiés de la roulette et dans la vidéo ci-dessus, elle était de 40 secondes.

Comprendre la décroissance exponentielle nous permet de comprendre qu'il y a une durée physique maximale pendant laquelle un spinner fidget peut tourner. Nous pouvons essayer d'augmenter la rotation d'un spinner, mais en fin de compte, nous nous battons simplement contre les lois de la physique elles-mêmes.

Vitesse angulaire

Les spinners Fidget peuvent être utilisés comme modèles de démonstration pour calculer la vitesse angulaire. En utilisant une application simple sur votre smartphone qui mesure la fréquence, vous pouvez faire bouger votre fidget spinner aussi vite que possible et déterminer la fréquence la plus élevée à laquelle il tournait. Maintenant, en fonction du nombre de nœuds de votre spinner, généralement 3 ou 2, vous devez diviser cette fréquence par votre montant respectif. Cela est dû au fait que la fréquence sonore mesurée correspond au nombre de fois où chaque nœud passe le microphone de votre smartphone. Puisque vous essayez de calculer la vitesse entière du spinner fidget et qu'il y a plus d'un nœud, vous devez diviser par le nombre respectif.

Vous devriez vous retrouver avec un nombre de Hz que votre spinner fidget tournait. En mesurant le rayon de votre fidget spinner et en le multipliant par 2pi et le nombre de Hz que vous avez calculé, il vous reste une vitesse dans les unités que vous avez mesurées votre rayon en secondes - probablement pouces / s ou centimètres / s. En convertissant ensuite ces unités en quelque chose comme KPH ou MPH, vous pouvez déterminer la vitesse exacte à laquelle votre fidget spinner tournait.

C'est un moyen formidable et assez réalisable d'enseigner à vos enfants la physique et les mathématiques tout en s'amusant avec un nouveau jouet.

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