Vì sao cái Yoyo có thể tự động quay về lòng bàn tay?

Cái yô yô là đồ chơi luyện sức khoẻ rất thú vị. Khi chơi yô yô, dùng tay nắm giữ một đầu dây quấn quanh trên trục ngắn của nó, rồi ném nó xuống phía dưới. Cái yô yô sẽ theo đà từng vòng từng vòng của cuộn dây quấn quanh nó nới ra mà quay. Khi toàn bộ dây đã được kéo thẳng, cái yô yô lại sẽ quay lên trên, và làm cho cuộn dây quấn quanh lên trục ngắn theo hướng ngược lại, cho đến khi nó trở về lòng bàn tay. Thả tiếp cái yô yô xuống dưới, nó lại sẽ quay trở về, cứ thế lặp đi lặp lại, thú vị biết bao. 

Vì sao cái yô yô có thể tự động trở về lòng bàn tay nhỉ?

Ở đây có một kiến thức vật lí quan trọng, tức là động năng và thế năng có thể chuyển đổi cho nhau. Khi cái yô yô nằm trong lòng bàn tay, động năng của nó bằng không, thế năng lớn nhất. Khi nó từ trong tay được ném xuống, cái yô yô bắt đầu vừa quay vừa chuyển động xuống dưới, và dưới tác động của trọng lực, càng quay càng nhanh; động năng không ngừng lớn lên, đồng thời theo đà không ngừng xuống thấp của cái yô yô, thế năng không ngừng giảm nhỏ. Khi ấy, thế năng của cái yô yô chuyển thành động năng. Đến khi cái yô yô quay đến điểm thấp nhất, động năng của nó lớn nhất, thế năng nhỏ nhất. Lúc ấy, cái yô yô quay nhanh nhất. Sau khi đạt tới điểm thấp nhất, cái yô yô lại sẽ quay lên trên theo cuộn dây, quấn dây vào trục ngắn theo hướng ngược lại. Theo đà đi lên của cái yô yô, tốc độ quay của nó càng lúc càng chậm. Khi ấy, động năng của cái yô yô lại không ngừng chuyển đổi thành thế năng, cho đến khi quay tới điểm cao nhất, nơi chuyển động quay ngừng lại, động năng của nó bằng không, thế năng thì lại lớn nhất. 

Căn cứ vào định luật bảo toàn năng lượng cơ học, khi không có ngoại lực hoặc công của ngoại lực sinh ra bằng không, tổng năng lượng cơ học của vật thể không biến đổi. Như vậy thì cái yô yô phải quay về vị trí ban đầu. Nhưng, trong chuyển động quay lên quay xuống, cái yô yô sẽ mất đi một phần năng lượng do lực cản của không khí và lực ma sát giữa dây và trục ngắn. Nếu không bổ sung năng lượng, cái yô yô sẽ không lên tới độ cao ban đầu. Cho nên, khi chơi cái yô yô phải có kĩ xảo nhất định, không ngừng bổ sung cho nó một ít năng lượng. Bổ sung năng lượng như thế nào đây? Khi cái yô yô quay đến điểm thấp nhất, sợi dây sắp bắt đầu cuộn quanh lên trên, tại khoảnh khắc đó dùng tay giật sợi dây lên trên một cái, làm cho tốc độ quay của cái yô yô nhanh thêm một chút, gia tăng một ít năng lượng. Như vậy, cái yô yô có thể lên lên, xuống xuống, quay mãi không ngừng.