Vì sao cái Yoyo có thể tự động quay về lòng bàn tay?
Yoyo là một món đồ chơi rèn luyện sự khéo léo rất thú vị. Khi chơi, ta nắm một đầu dây quấn quanh trục ngắn của yoyo rồi thả nó xuống. Yoyo theo đà cuộn dây được nới ra sẽ vừa rơi vừa quay. Khi dây kéo thẳng đến cuối, yoyo lại quay ngược lên trên, cuộn dây trở lại quanh trục và trở về lòng bàn tay. Thả xuống rồi kéo lên như vậy, nó có thể lặp đi lặp lại nhiều lần.
Vì sao yoyo có thể tự quay trở về tay?
Ở đây có một kiến thức vật lý quan trọng: động năng và thế năng có thể chuyển hóa cho nhau. Khi yoyo nằm trong lòng bàn tay, động năng của nó bằng không, còn thế năng ở mức lớn nhất. Khi được thả xuống, nó vừa quay vừa đi xuống dưới tác dụng của trọng lực, tốc độ tăng dần, động năng tăng lên, đồng thời độ cao giảm khiến thế năng giảm xuống. Lúc này, thế năng của yoyo đang chuyển thành động năng.
Khi yoyo xuống đến điểm thấp nhất, động năng của nó lớn nhất, thế năng nhỏ nhất và nó quay nhanh nhất. Sau đó, yoyo tiếp tục quay theo chiều khiến dây quấn ngược trở lại trục, nhờ vậy nó đi lên. Trong quá trình đi lên, tốc độ quay giảm dần, động năng lại chuyển thành thế năng. Khi lên đến điểm cao nhất, chuyển động quay tạm dừng, động năng gần như bằng không và thế năng lại đạt mức lớn nhất.
Theo định luật bảo toàn cơ năng, nếu không có ngoại lực hoặc công của ngoại lực bằng không, tổng cơ năng của vật thể sẽ không đổi. Khi đó, yoyo có thể quay trở lại vị trí ban đầu. Tuy nhiên, trong thực tế, lực cản không khí và ma sát giữa dây với trục làm mất đi một phần năng lượng. Nếu không bổ sung năng lượng, yoyo sẽ không lên được tới độ cao ban đầu.
Vì vậy, chơi yoyo cần có kỹ xảo. Khi yoyo xuống gần điểm thấp nhất và sợi dây sắp bắt đầu cuộn ngược lên, người chơi giật nhẹ dây lên trên để tăng thêm tốc độ quay, bổ sung một ít năng lượng. Nhờ đó, yoyo có thể lên xuống liên tục và quay mãi không ngừng.
