Question

Как удается на этом диске поворачиваться по и против часовой стрелки?

Стоя на этом диске и делая ногами, руками и корпусом движения, напоминающие танец твист, можно оставаться на месте, а можно постепенно поворачиваться, по желанию, по часовой стрелке и против. При этом руки не касаются стены или других предметов. Как это удается? Какие законы физики при этом работают?

Answer 1

Это очень любопытный эффект. Его физическая причина заключается в том, что коэффициент трения покоя, как правило, больше, чем коэффициент трения качения (а также скольжения). На первый взгляд кажется, что по закону сохранения момента импульса проворачиваться вокруг своей оси невозможно - когда я завожу руки влево, я, конечно поворачиваюсь вправо, однако, руки нужно вернуть на место, и при возвращении я повернусь в обратную сторону на тот же угол. Абсолютно так это и будет происходить в открытом космосе. Но на диске Грация можно руки возвращать медленно-медленно, и возникающая при этом сила отдачи, действующая на корпус, окажется слишком мала, чтобы преодолеть силу трения покоя. В результате корпус останется в повёрнутом положении, до следующего резкого маха руками влево.

По такому принципу делают много забавных игрушек. Самое впечатляющее - пьезомоторчики, в которых вибрирующие по специальному закону пьезоэлементы крутят диск из плотной резины.

Интересно, что эффект имеет место и в вязких сплошных средах (газ/жидкость). И можно изобретать пьезонасосы, пьезоводомёты и пьезо-реактивные даигатели. Почему-то не видно. Надо думать, изобретут рано или поздно.

А ещё, если сильно постараться, можно сделать по этому приципу летающую тарелку...

Answer 2

Упражнениями на диске специально не занимался. Считаю, гимнастика на данном снаряде наиболее эффективна для развития подвижности суставов. Но коль речь не об этом, то перейду непосредственно к ответу на вопрос. Если бы диск не имел трения качения (скольжения) при вращении, например как на магнитной подушке, то естественно ни каким образам поворот на нем не реализовать. Но учитывая то обстоятельство, что мы находимся не в вакууме, а в воздухе, все же можем осуществлять повороты и на нем. В этом случае, работая руками как веслами или как бабочка крыльями, отталкиваясь от окружающего воздуха в нужном направлении, можно создать вращательное движение.

Что касается диска "Грация", повороты на нем осуществлял следующим образом. Быстро разворачивал ноги в одну сторону, а туловище в другую. Теперь плавно без резких движений можно осуществить поворот туловища в направлении ног. Сила трения покоя выше силы трения качения, поэтому если ее не превышать, то можно пользуясь данным способом осуществить полный оборот вокруг своей оси за несколько приемов. Второй вариант использования силы трения покоя заключается в следующем. Расставив руки как можно шире в разные стороны, начинаем ими медленное вращение, плавно увеличивая скорость и накапливая момент вращения до превышения силы трения покоя. Затем резко прижав их к груди (как фигуристы) можно получить общее вращательное движение.