Tại sao con quay không đổ?

Hàng ngàn người thuở nhỏ đã từng chơi con quay nhưng không mấy ai trả lời đúng câu hỏi này. Quả vậy, làm thế nào giải thích được, khi con quay đặt thẳng đứng hay nghiêng, bắt chấp mọi dự tính, đều không đổ? Lực gì đã giữ nó ở cái thế tưởng chừng như không vững vàng đó? Không lẽ trọng lực lại không tác dụng lên nó?

Ở đây đã xảy ra sự tác dụng tương hỗ rất thú vị giữa các lực. Lý thuyết về con quay không đơn giản và chúng ta không có tham vọng đi sâu vào vấn đề này. Chúng tôi chỉnêu lên nguyên nhân chính đã làm cho con quay quay mà không đổ.

Trên hình biểu diễn con quay đang quay theo chiều các mũi tên. Bạn hãy chú ý đến phần A & mép cửa nó, và phần B & phía đối diện. Phần A quay ra khỏi bạn, phần B—về phía bạn. Bây giờ bạn hãy theo dõi tiếp, khi bạn làm nghiêng trục con quay về phía mình thì hai phần A, B đó sẽ chuyển dộng như thếnào. Tung con quay lên, bạn làm cho phần A chuyển động lên phía trên, phần B—xuồng phía dưới, chuyển động riêng của cả hai phần đều bị tung lên dưới một góc vuông. Nhưng vì con quay

đang quay nhanh, các phần A và B có vận tốc tròn rất lớn, nên vận tốc không đáng kể do bạn làm tăng thêm được cộng vào vận tốc này, cũng chỉ cho một vận tốc tương đương và hoàn toàn gần với vận tốc tròn đó, — chính vì vậy mà chuyển động của con quay không có gì thay đổi. Từ đây ta hiểu được tại sao cứ hình như là con quay chống lại mọi cố gắng lật đổ nó. Con quay càng bậm và quay càng nhanh, thì chóng lật đổ càng khỏe.

Bản chất của cách giải thích này có liên quan trực tiếp đén định luật quán tính. Mỗi phân tử của con quay đều chuyển động trên một đường tròn trong mặt phẳng vuông góc với trục quay. Theo định luật quán tính, trong mỗi thời điểm các phân tốcó xu hướng tách khỏi đường tròn để đi vào đường thẳng

Con quay đang quay, được tung lên vẫn giữ được hướng ban đầu của trục quay.

tiếp tuyến với vòng tròn. Nhưng mọi đường tiếp tuyến lại phân bố chính trên mặt phẳng đó, và cũng chính vòng tròn đó; vì thế mà mỗi phân tố có xu hướng chuyển động sao cho mọi thời gian đều giữ nguyên trong mặt phẳng vuông góc với trục quay. Do đó mà trong con quay, tất cả các mặt phẳng vuông góc với trục quay đều có xu hướng bảo toàn vị trí của mình trong không gian, và cũng chính vì vậy mà đường vuông góc chung của chúng, tức là bản thân trục quay, cũng có xu hướng giữ vững hướng quay của nó.

Chúng ta sẽ không xem xét hết mọi chuyển động của con quay khi có tác dụng của ngoại lực. Tác giả chỉ muốn làm sáng tỏ nguyên nhân vì sao mọi vật quay đều có xu hướng bảo toàn hướng của trục quay như đã trình bày ở trên. Tính chất này được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Các loại máy hồi chuyển (dựa trên tính chất của con quay) — địa bàn, các máy ổn định, V. V., được lắp trên máy bay và tàu thủy.

Được sử dụng có ích đến như vậy, thế mà cứ tưởng chỉ là một đồ chơi đơn giản!