Введение

Вращающаяся игрушка

Вращающийся волчок, или просто волчок, – это игрушка с приземистым корпусом и острым концом внизу, предназначенная для вращения вокруг вертикальной оси, балансирующая на кончике благодаря гироскопическому эффекту. После приведения в движение волчок обычно покачивается несколько секунд, затем некоторое время вращается в вертикальном положении, после чего начинает покачиваться снова с увеличивающейся амплитудой по мере потери энергии и, наконец, падает и катится на бок. Волчки существуют во множестве вариаций и изготавливаются из различных материалов, преимущественно из дерева, металла и пластика, часто с металлическим наконечником. Приводить их в движение можно, вращая ручку пальцами, тягой за шнур, обмотанный вокруг корпуса, или с помощью встроенного шнека (спирального плунжера). Такие игрушки использовались с древних времен в одиночных или соревновательных играх, где каждый игрок старается как можно дольше поддерживать вращение своего волчка или достичь какой-либо другой цели. Некоторые волчки имеют граненое тело с символами или надписями и используются как игральные кости для внесения случайности в игры или для гадания и ритуальных целей. Широкая распространенность волчков привела к тому, что игрушка используется для названия многих живых существ, например, Cyclosa turbinata, чье название происходит от латинских корней, означающих волчок.

Происхождение

Вращающиеся волчки возникли независимо в разных культурах по всему миру и считаются одними из древнейших известных игрушек, обнаруженных археологами. Они были найдены на всех континентах, кроме Антарктиды. Например, волчки, датируемые примерно 1250 годом до нашей эры, были найдены в Китае, а резной деревянный волчок, относящийся к приблизительно 2000 году до нашей эры, был обнаружен в гробнице Тутанхамона. Волчки использовались как игрушки в Древнем Риме. Помимо игрушек, волчки исторически применялись для азартных игр и гаданий. Некоторые ролевые игры используют волчки для дополнения кубиков при генерации случайных результатов; в этом случае их называют спиннерами. Гулд упоминает семена клёна, кельты (приводящие к появлению "скакунов"), сверло для добычи огня, прясличное веретено и гончарный круг как возможные предшественники волчка, который, по его мнению, был изобретён или открыт многократно в разных местах. Максвелл пошёл ещё дальше, используя круговую шкалу по краю для измерения соотношений основных цветов, выбирая киноварь, изумруд и ультрамарин.

Поворачивание пальцами

Меньшие волчки имеют короткий стержень и приводятся в движение вращением его пальцами. Булавочную головку также можно заставить вращаться на кончике таким же образом.

Стержни и камшики

Типичная модель размером с кулак, традиционно изготавливаемая из дерева с тупым железным наконечником, приводится в движение резким рывком за шнур или веревку, плотно намотанную вокруг корпуса. Шнур лучше наматывать, начиная от наконечника и продвигаясь вверх по расширяющемуся телу, чтобы напряжение шнура оставалось примерно постоянным по мере увеличения угловой скорости волчка. Эти волчки можно бросать вперед, крепко удерживая конец шнура и оттягивая его назад. Прямолинейное движение волчка способствует натяжению шнура и, следовательно, конечной скорости вращения. В некоторых стилях броска волчок запускают вверх дном, но первая петля шнура наматывается вокруг короткого "головного" выступа. Затем, когда шнур полностью разматывается, резкий рывок за этот выступ переворачивает волчок и заставляет его встать на кончик. В качестве альтернативы, волчки этого типа можно запускать вручную, а затем ускорять и поддерживать их вращение, периодически ударяя по ним небольшим хлыстом.

Круги

Некоторые более крупные модели приводятся в движение с помощью встроенного металлического бура (спирального плунжера). В этих моделях фактическая вершина может быть заключена в полый металлический корпус, с той же осью, но отсоединенный от него; таким образом, игрушка может казаться неподвижной, но "волшебно" сбалансированной на своем кончике.

Магнитные поля

Некоторые современные волчки постоянно вращаются благодаря вращающимся магнитным полям, создаваемым специальной базой.

Физика

Движение волчка описывается уравнениями динамики жестких тел, в частности, теорией вращающихся жестких тел. Из-за небольшой площади контакта между кончиком и опорной поверхностью, а также большой угловой инерции его тела, волчок, запущенный на твердой поверхности, обычно продолжает вращаться в течение десятков секунд и более, даже без дополнительной подачи энергии. Как правило, волчок сначала будет шататься, пока трение и момент сил между кончиком и опорной поверхностью не заставят его вращаться с устойчивой и вертикальной осью. Вопреки распространенному заблуждению, длительные научные исследования (и простые эксперименты, которые может воспроизвести любой) показывают, что уменьшение трения увеличивает время, необходимое для достижения этого стабильного состояния (если только волчок не настолько несбалансирован, что падает до его достижения). После устойчивого вращения (в так называемом положении "сна") в течение продолжительного времени, угловой момент постепенно уменьшается (в основном из-за трения), что приводит к все возрастающей прецессии и, в конечном итоге, к опрокидыванию волчка и его скатыванию на бок. В период "сна", и только в нем, при условии его достижения, меньшее трение означает более длительное время "сна" (отсюда и распространенная ошибка, что меньшее трение подразумевает более длительное общее время вращения). Общее время вращения волчка обычно увеличивается за счет увеличения момента инерции и понижения центра тяжести.

Соревнования

Существует множество официальных соревнований по спиннингу на кончике пальца как виду спорта, таких как Национальный чемпионат США и Чемпионат мира. Во время пандемии COVID-19 соревнования часто проводятся онлайн, участники отправляют видеозаписи своих выступлений.

В популярной культуре

История Жана Шепарда «Скут Фаркас и злодейская Марая» строится вокруг игры в волчок в вымышленном американском городе Хоман, штат Индиана, во времена Великой депрессии. Задира и волчок, упомянутые в названии, сталкиваются с постоянным героем рассказов Шепарда Ральфом и так называемым «цыганским волчком» аналогичной конструкции, как у Мараи, по имени Вольф. «Волчок» – это рассказ богемного писателя Франца Кафки. Рок-группа The Cure выпустила альбом The Top в 1984 году, названный и, по крайней мере, частично вдохновлённый одноимённой игрушкой. В альбом входит заглавная композиция, в начале которой слышен звук вращающегося волчка. Волчок является ключевым элементом и метафизическим символом в фильме «Начало» (2010) режиссёра Кристофера Нолана с Леонардо Ди Каприо в главной роли. В финальном кадре камера движется над вращающимся волчком непосредственно перед тем, как он начинает шататься. В 2022 году волчок в армянском стиле, с песней «Spin the Magic», был выбран в качестве основного визуального образа и главного мотива 20-го конкурса детского «Евровидения», который пройдёт в Ереване, Армения.