Tại sao con quay càng quay nhanh càng khó đổ?

Vào mùa đông, trẻ con thường thích chơi con quay trên băng. Con quay thông thường có hình dạng trên tròn, dưới nhọn hoặc ở giữa tròn còn hai đầu nhọn. Các chú bé sử dụng kỹ thuật giật dây, con quay đang nằm trên băng liền từ từ đứng dậy, và quay tít. Chỉ cần con quay vẫn còn quay, nó sẽ đứng vững không bị đổ. Vì vậy, để giữ vững vận tốc, khi con quay bắt đầu quay chậm lại, các chú bé lại tiếp tục giật dây để truyền lực cho nó tiếp tục quay. Nếu không giật dây, do tác dụng của lực ma sát, con quay sẽ quay chậm dần và đổ xuống.

Bí mật nào trong việc con quay quay càng nhanh càng đứng vững?

Con quay có thế tự quay quanh trục là do sợi dây thừng đã tác động một lực giúp cho nó thực hiện chuyển động quay với tốc độ cao. Các vật quay với tốc cao có một đặc điểm là bất cứ điểm nào trên vật thế đều giữ nguyên khoảng cách với trục quay của nó. Mỗi điểm đều chuyển động tròn trong mặt phẳng vuông góc với trục quay. Như vậy, bảo đảm được chuyển động quay không đổi thì sẽ tạo ra hiện tượng tĩnh trong động. Tính ổn định này của con quay là biểu hiện của quán tính chuyển động. Khi con quay thực hiện chuyển động của mình, mọi điểm trên đó đều có vận tốc chuyển động thẳng. Quán tính chuyển động luôn có xu hướng duy trì tốc độ ban đầu. Mọi bộ phận đều chịu một lực hướng tâm tác dụng theo mặt phẳng chuyển động, sự thay đổi tốc độ chỉ phát sinh trong giới hạn của mặt phẳng đó. Do vậy, chuyển động của con quay được bảo toàn trong mặt phẳng chuyển động của nó và không thay đổi trong mặt phẳng vuông góc với trục quay.

Để bảo đảm trục con quay đứng vững, nhất thiết phải có tốc độ quay lớn. Đây là nguyên nhân tại sao phải dùng sợi dây thừng giật con quay. Chỉ cần con quay đạt đến độ nhất định, nó sẽ quay vững mà không đổ. Nếu như lực ma sát giữa con quay và mặt bằng tăng lên làm cho tốc độ con quay nhỏ dần đến tốc độ giới hạn thì nó sẽ đổ ngay lập tức. Tính ổn định của con quay chính là nằm ở tốc độ quay của nó. Nếu không chịu tác dụng của ngoại lực, hướng cửa trục quay sẽ không thay đổi. Tính chất này có thể vận dụng trên các loại máy móc khác như xe đạp, thuyền v.v...