Ваньки-Встаньки
«Ванька-встанька» в России, «Вob of Тoy» в Америке — широко известные и, наверное, самые старые игрушки, где человек использовал принцип устойчивого равновесия. Впрочем, подобные же игрушки есть и у многих других народов. Секрет их прост. Болванка со сферическим основанием, а в нем — кусочек свинца. Вот и все. И получите человечка, которого никак не уложишь. «Ванька-встанька»!..
Если хотите его сделать сами, есть смысл узнать кое-что из теории. Посмотрите на рисунок. Точка пересечения радиуса сферы основания с вертикальной осью называется центром качения (т. ЦК). При этом центр тяжести (т. ЦТ) игрушки всегда должен быть ниже центра качения (см. рис. 1). Кроме того, центр тяжести должен быть на оси фигурки.
Хорошего «ваньку-встаньку» обычно точили из дерева на токарном станке, расписывали водяными красками, сушили и покрывали лаком. С любовью делали! Да так, что от старших младшим передавалось… Однако современный ребенок забавляется этой игрушкой недолго, ему все быстро надоедает. И уж совсем парадокс: «ванькой» и «бобом» в наше время едва ли не больше детей интересуются взрослые. Те, кто видит в них произведения народного искусства.
Казалось бы, игрушка исчерпала себя. Однако многие изобретатели попытались вдохнуть в нее новую жизнь. У нас и в Америке изобретены уже сотни «ванек» и «бобов». Они несравненно «образованнее» своих предков, умеют крутиться, вертеться, плясать и прыгать, кивать головою, вытягивать шею, подмигивать — всего не перечесть.
Вот некоторые новые «ваньки» — «бобы». На рисунке 2 показана игрушка, в нижней части которой есть перегородка, а под ней шарик. Перекатываясь, шарик изменяет характер колебаний игрушки, делает их более резкими. Но амплитуда колебаний почти не меняется.
Чтобы менялись амплитуда и частота колебаний, центр тяжести игрушки должен перемещаться по вертикали. Вспомним метроном. Когда грузик опускается, частота колебаний увеличивается. Так и сделали (рис. 3). В корпус игрушки устанавливают вертикальный стержень, а на нем грузик в виде шайбы. Грузик медленно опускается, и игрушка колеблется все быстрее и быстрее. Аналогичная игрушка на рисунке 4. Внутри корпуса песочные часы, и песок, пересыпаясь из верхней полости в нижнюю, выполняет роль подвижного грузика. Забавно?
На рисунках 5 и 6 игрушки, в которых подвижные грузики соединены с подвижной же головой. Эти интересны тем, что во время колебанй перемещение подвижного грузика приводит к изменению характера движения не только фигурки, но и ее головы. «Ванька», показанный на рисунке 5, может вытягивать шею, а его собрат с рисунка 6 еще и головой вертит.
Можно научить игрушку не только колебаться с разной степенью интенсивности, но и вращаться относительно вертикальной оси.
На рисунке 7 — неваляшка, внутри которой колесо, выступающее из корпуса через щель, и специальный пружинный привод, заводимый ключом. Качаясь, игрушка задевает колесом о поверхность стола, и тут начинается замысловатый танец.
На рисунке 8 игрушка, также вращающаяся вокруг своей вертикальной оси, однако колебания у нее более сложные, хотя устройство, пожалуй, даже проще. Как же это достигается? В корпусе вертикально установлена полоска жести, закрученная винтом, а на ней тяжелая шайба с прорезью. Опускаясь под действием собственного веса, шайба, во-первых, изменяет положение центра тяжести, а, следовательно, и частоту колебаний фигурки, во-вторых, вращается сама и заставляет вращаться корпус. И вот голова игрушки описывает прерывистую спираль.
Развивая эту идею, изобретатели предложили еще одни вариант «ваньки-встаньки» (рис. 9). В верхней и нижней частях корпуса полости, соединенные между собой посредством спиральной трубы. Из верхней полости в нижнюю по трубе пересыпается песок. Это само по себе увеличивает частоту колебаний и придает вращение. Кроме того, внутри образованного витками трубки канала можно разместить шарообразный груз, при этом груз может быть установлен между витками трубки. Разместив шарообразный груз «о центру спирали, можно установить игрушку в горизонтальное положение и, кажется, заставить «упрямого» «ваньку-встаньку» спать. Однако стоит покатить игрушку, как она встает. Причем, может и на голову, и на «ноги». Секрет в том, что во время качения шарообразный груз устремляется по виткам спирали вдоль канала в одну или другую сторону в зависимости от направления качения.
В небольшой статье невозможно показать все многообразие существующих устройств «ваньки-встаньки». Например, есть «ваньки-встаньки», колебания которых сопровождаются звуковыми или световыми эффектами.
Но, как ни странно, этим умельцам далеко до популярности своих предков. В чем же дело? Прежде всего классический «ванька» был дешев и прост. Кроме того, незамысловатое поведение «ваньки-встаньки» или «боба» стали в народном сознании символом гордости, стойкости, юли к победе — качеств, беа которых немыслим ни русский, ни американец.
А что несет людям неваляшка наисовременнейшей конструкции? Технический изыск? Что-то еще? Ответить на эти вопросы нелегко. Ведь они выходят за рамки авторского свидетельства, регистрирующего лишь новизну и нестандартность технического решения. Вполне возможно, что тот, кто придумает неваляшку, завоевавшую массовую любовь, должен быть не только изобретателем остроумного механизма, но и сценаристом, режиссером и психологом.
Кстати, почему бы вам не принять участие в этом деле? Надеемся, вы поделитесь с нами идеями, а мы постараемся помочь в их реализации.
Л. НИКИТИН
А это уже не забавы
Принцип «ваньки-встаньки» находит применение не только в игрушках, но и в технике.
Например, спасательные лодки. Они плавают в таких условиях, когда, неровен час, легко и перевернуться. Поэтому устроены так, что, перевернувшись, тут же возвращаются в исходное положение. На лодке для этого служат специальные, наполненные пробкой или пенопластом, выступы на носу и на корме.
А вот предложенный еще в 20-е годы сферический танк. Его корпус расположен внутри двух больших колес, которые могут вращаться с различными скоростями. Благодаря этому он был в силах двигаться и маневрировать в любую сторону. Центр тяжести машины расположен ниже центра качения. В данном случае ниже центра сферического корпуса танка. Если взрывная волна перевертывала его, то подобно «ваньке-встаньке» ои быстро ванимал прежнюю позицию. Конечно, экипажу такого танка не позавидуешь. Поэтому, вероятно, проект н не нашел применения. Но, быть может, для боевых машин с автоматическим управлением этот принцип приемлем?
Известен проект автоматической станции для исследования планет, построенной по тому же принципу. В сферическом основании расположены тяжелые источники питания, а иа складной, выдвижной «шее» в прозрачной капсуле — телекамера. Автор полагает, что такая станция будет быстро восстанавливать рабочее положение после колебаний почвы или урагана.
А вот школьный телескоп. Он имеет знакомую нам форму, но «стойкость», «непреклонность» здесь не главное. Поставив такой телескоп иа стол и лишь придерживая его рукой, можно с успехом наблюдать за звездами. Главное — ие иужеи неуклюжий н громоздкий штатив.
Принцип «ваньки-встаньки» находит применение в спортивных снарядах, необычных по стилю н форме мебельных гарнитурах и других, полезных вещах.
Может быть, и по поводу «ваньки-встаньки» в мире серьезной техники у вас есть свои соображения? Ждем и их.