Kamień celtycki

Ozdobny kamień celtycki. Żółwie zapewniają rozkład masy niesymetryczny względem osi kamienia.

Kamień celtycki – przedmiot o kształcie zbliżonym do elipsoidy. Położony na płaskiej powierzchni wprawiony w ruch obrotowy w jedną, ściśle określoną stronę, obraca się i zatrzymuje. Obrót w stronę przeciwną, powoduje szybsze zatrzymanie obrotu kamienia i wprawienie go w poprzeczne chybotanie, po czym kamień zaczyna obracać się w przeciwną stronę.

Ruch kamienia celtyckiego wydaje się paradoksalny, ponieważ zmiana kierunku obrotu zdaje się przeczyć zasadzie zachowania momentu pędu.

Historia

Za pierwsze poprawne opisy działania kamieni celtyckich uznaje się publikacje Gilberta Walkera z 1890 roku. Jednak publikacja Walkera jest określana jako zbyt trudna do zrozumienia. Znaczne zainteresowanie kamieniami celtyckimi nastąpiło w latach 70 i 80 XX w, w tym czasie opublikowano wiele prac koncentrujących się na symulacjach numerycznych fizyki kamieni celtyckich. W 1986 roku Herman Bondi opublikował prace uznane za dobrze opisujące zagadnienie. Dokładniejsze rozważania wraz z eksperymentalnym testowaniem modeli nad przyczyną zachowania się kamieni celtyckich przeprowadzili G. Kudra i J. Awrejcewicz w 2015 roku.

Budowa i zasada działania

Już Walker zauważył, że zasadniczym czynnikiem budowy kamieni celtyckich wpływającym na ich niesymetryczne zachowanie się jest niezgodność kierunków osi krzywizny styku kamienia z podłożem oraz głównej osi bezwładności. Niezgodność kierunków tych osi uzyskuje się poprzez niesymetryczne profilowanie kamienia w miejscu styku z podłożem, albo poprzez rozkład masy niesymetrycznie do osi kamienia.

Wyjaśnienie zachowania kamieni wymaga przedstawienia wpływu tarcia na styku kamienia z podłożem. Przyjęcie punktowego styku i punktowej siły tarcia nie wyjaśnia poprawnie zachowania się kamienia. Wg prac Kurdy i Awrejcewicza założeniami modelu dającego w symulacjach numerycznych wyniki ruchu dobrze odpowiadające zachowaniu się rzeczywistego kamienia jest przyjęcie, że w każdym punkcie styku zachodzi tarcie zgodne z modelem Coulomba, kształt styku jest elipsą, a rozkład naprężeń na styku odpowiada prawu Hertza.