Externe krachten op gyroscopen
Elk object dat je kunt zien volgt Newton's bewegingswetten . Deze bekende regels omvatten de waarneming dat het duurt een externe kracht op een voorwerp versnellen . Bijvoorbeeld, als u de hoorn van een kopje uit een tabel , bent u het aanbrengen van een kracht en het veranderen van de dynamiek van de beker van nul tot wat nodig is om de beker te verhogen om een drankje te nemen . Jullie te verheffen en de beker stijgt . Maar diezelfde wetten , toegepast op een draaiende object , maken onverwacht gedrag . Dat wil zeggen, gyroscopen reageren op externe krachten op verrassende manieren . Gyroscoop
Een gyroscoop is een draaiende object dat symmetrisch om zijn rotatieas . Een basketbal op een vinger , een potlood rollen op een tafel , een motorfiets band --- het zijn allemaal gyroscopen . Newton's bewegingswetten van toepassing op elk klein onderdeel van een gyroscoop , zodat de beweging kan worden berekend door te observeren hoe de dynamiek van elk klein onderdeel van de gyroscoop wordt veranderd door de kracht die op het. Maar er is een veel gemakkelijker snelkoppeling naar bewegingsvergelijkingen die gelden voor het hele spinnen lichaam in een keer te vinden. Een niet - draaiende object zijn dynamiek veranderen wanneer een kracht wordt uitgeoefend . Een draaiende object zal zijn impulsmoment veranderen wanneer een koppel wordt toegepast
een tol
gyroscopische beweging is een speciaal geval van star lichaam beweging - . Een onderwerp dat zou wat tijd om te verkennen te nemen - maar er is een gemakkelijke manier om jezelf te introduceren aan een aantal van de eigenaardigheden van de gyroscopische beweging. Als je een stuk speelgoed boven op zijn punt te plaatsen , valt het meteen op . Als u spin dezelfde top , zal zwerven rond de tafel voor een tijdje voordat vertragen en vallen . Zwaartekracht werkt nog steeds op de top, maar de spinnen verandert de reactie van de top is om de kracht van de zwaartekracht .
Angular Momentum en Torque
Tollen voel de kracht van de zwaartekracht , maar de spin voegt een andere dimensie toe aan de beweging .
een draaiende object heeft een impulsmoment die verwijst langs zijn as . Het zal dat impulsmoment behouden blijft, tenzij er een koppel werkt in op het. Een koppel is een kracht uitgeoefend op een afstand van de as van een draaiende object . Als de top van de as perfect verticaal , zwaartekracht werkt op het zwaartepunt van de top , die direct aan de as . Er is dus geen draaimoment en het impulsmoment niet veranderen . Ongewijzigd impulsmoment : de rotatieas niet beweegt , zodat de bovenkant rechtop blijft draaien . Bij onvolkomenheden dwingen de top van een kleine tip , werkt de zwaartekracht niet meer trekken recht naar beneden de as . Maar er is een grappig ding over het koppel : het is loodrecht op de kracht. Dus als een top begint te kantelen en de zwaartekracht trekt aan het, is het niet trek de bovenkant over - het zorgt ervoor dat het begon te wiebelen
Conserving Angular Momentum
Newton 's eerste wet poneert het idee dat een lichaam hetzelfde momentum zal blijven , tenzij gewijzigd door een andere force.The zelfde soort ding is waar voor het spinnen van lichamen : een lichaam zal zijn impulsmoment te houden, tenzij een koppel verandert het. Dus als je kon een draaiende object van externe krachten die een koppel kunnen uitoefenen isoleren , wordt het object zijn impulsmoment in dezelfde richting te houden . Dat is hoe gyroscopische instrumenten werken . Een sectie spinnen is ingesloten in cardanisch --- mechanische verbindingen die de gyro rotatie laat vrij --- en de spin blijft gaan in dezelfde richting . Dus als een cardanische gyro begint wees naar de oostelijke horizon , zal het spits die op dezelfde manier , ongeacht de wendingen op het frame blijven .
Precession
Kijken een verticaal opgehangen , spinnen fietsband reageren op zwaartekracht is een van de meest boeiende visuele demonstraties van de invloed van externe kracht op een gyroscoop . Video's van deze zijn beschikbaar op het internet , op plaatsen zoals het MIT Open Course op rollende beweging en gyroscopen . Als je een string de band druppel hechten aan het ene uiteinde van de as van een fietsband , en dan laat , zou je verwachten dat het naar beneden vallen en hang van het bevestigingspunt . Maar wanneer de band draait , de werking fungeert ook als een koppel en , zoals hierboven vermeld , in plaats van naar beneden te trekken , werkt loodrecht en stuurt de band ronddraaien in de lucht . Die beweging heet precessie , gedefinieerd als de reactie van een gyroscoop aan een externe kracht .