¿Explicación intuitiva del efecto Tippe Top?

Recientemente , un amigo me mostró un tippe top (un tipo especial de trompo) y me preguntó sobre la física detrás de él. Lo pensé por un tiempo, pero no puedo entenderlo. Así que le lanzaré la pregunta a SE. A continuación se muestra una imagen de tippe top:

                                       tippy-top

Entonces, básicamente, el efecto extraño es que cuando giras una peonza lo suficientemente rápido con su superficie redonda tocando la mesa, la peonza se tambaleará y eventualmente se invertirá. Hay un video de este efecto en wiki commons y aquí hay una imagen ilustrativa:

                        Tippy-top al revés

Entonces mis preguntas son:

  1. ¿Por qué la parte superior es tan inestable? ¿Por qué se invierte?
  2. ¿Por qué es importante la velocidad angular inicial de la peonza? (¿Por qué tenemos que girar más rápido que cierta velocidad para que la peonza se invierta?)
  3. ¿Qué otras formas conducirán a la inversión?

Estoy buscando algunas explicaciones intuitivas que no involucren demasiadas matemáticas. ¡Los enfoques heurísticos son bienvenidos!

Tengo uno de esos. Vaya, ¡esa tiene que ser una ecuación de movimiento increíble! ;-)
@KeithMcClary Hmmm. Supongo que es difícil no usar ninguna matemática. Pero sigo pensando que debería haber una explicación algo intuitiva. La respuesta de Utsav proporcionó una idea. Seguiré pensando y esperaré más respuestas.
Un video vino a mi mente leyendo esto, pero no puedo encontrarlo ahora. Creo que fue Walter Lewin quien derivó la ecuación tippe top solo por medio del análisis dimensional... ¿alguna pista de dónde encontrar esa lección?
Sé que esta ha sido una publicación anterior, pero tengo curiosidad por saber qué son los puntos rojos y negros en la imagen. Intuitivamente, supongo que el punto negro es el centro de masa. ¿Y esto posiblemente está impulsando el movimiento de vuelco?
¿Cómo debe ser el vapor para invertir la posición?

Respuestas (2)

una explicación sencilla que se me ocurre es que el centro geométrico de la peonza no coincide con su centro de masa. por tanto, el eje de rotación es diferente del eje geométrico. entonces, cuando se gira la parte superior, se inclina para girar sobre su eje y durante este curso de movimiento, la superficie proporciona el par (debido a la fricción) y la parte superior se invierte. por lo tanto, cuanto mayor sea la velocidad angular, mayor será el par debido a la fuerza de fricción.

P1: Sin fricción en la parte superior de la mesa, la parte superior no se invertirá. Esto prueba que las fuerzas de fricción causan el efecto inversor. Y cuando el eje golpea la mesa, el Tippe Top salta a la inversión, presumiblemente debido a la mayor distancia entre la parte superior del eje y el eje de giro. Esto aumentaría cualquier efecto de torque. Supongo que es similar a la precesión giroscópica. Pero la peonza no se comporta como un giroscopio, ya que el eje de giro en relación con la forma del cuerpo sigue cambiando, y la peonza termina girando en la dirección opuesta a su giro inicial: fascinante.

P2: No gira a bajas velocidades porque no hay suficiente energía cinética para convertirla en energía potencial para la inversión. El centro de gravedad está inicialmente más bajo que su centro geométrico, debido a que se elimina material alrededor del husillo. Se eleva durante la inversión.

P3: Un huevo duro que se hace girar horizontalmente también se elevará hasta la vertical, con el extremo más pesado más alto.

Ref: Para un buen video, busque en YouTube "Physics Girl Bizarre Spinning Toys".

¿Explicación intuitiva del efecto Tippe Top?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v