Eksterne Krefter på Hakke

Eksterne Krefter på Hakke


Hvert objekt som du kan se følger Newtons bevegelseslover. Disse kjente regler omfatter den observasjon at det tar en ekstern kraft for å akselerere en gjenstand. For eksempel, hvis du løfter en kopp av et bord, er du bruke en kraft og endre fremdriften av koppen fra null til hva det tar å heve koppen for å ta en drink. Du løfter opp og koppen stiger. Men de samme lover, anvendt på en spinnende objekt, skaper uventet oppførsel. Det er, gyroskoper reagerer på ytre krefter på overraskende måter.

gyroskop

Et gyroskop er en roterende gjenstand som er symmetrisk om sin rotasjonsakse. En basketball på en finger, en blyant rullende på et bord, en motorsykkel dekk - disse er alle gyroskoper. Newtons bevegelseslover gjelder for hver lille del av et gyroskop, slik bevegelse kan beregnes ved å observere hvordan fremdriften av hver lille element av gyroskopet er endret av kraften som virker på den. Men det er en langt enklere snarvei til å finne bevegelseslikningene som gjelder for hele spinnende kroppen på en gang. En ikke-roterende objekt vil endre sin fart når en kraft påføres. En spinne objekt vil endre sin vinkelmomentet når et dreiemoment utøves.

En Spinning Top

Gyroskopisk bevegelse er et spesialtilfelle av stive kroppen bevegelse - et tema som vil ta litt tid til å utforske - men det er en enkel måte å introdusere deg til noen av de særegenheter gyroskopisk bevegelse. Hvis du plasserer et leketøy topp på sin punkt, det faller straks over. Hvis du spinner den samme toppen, vil det streife rundt bordet for en stund, før bremse ned og fallende. Tyngdekraften fremdeles virker på toppen, men spinne forandrer toppen reaksjon på tyngdekraften.

Spinn og dreiemoment

Eksterne Krefter på Hakke

Spinning topper føler tyngdekraften, men spin tilfører en ny dimensjon til bevegelse.

En spinnende objekt har en spinn som peker langs sin egen akse. Det vil holde at spinn uendret, med mindre et dreiemoment virker på den. En moment er en kraft påført i en avstand fra aksen av en roterende gjenstand. Hvis toppen akse er helt vertikal, virker tyngdekraften på massesenteret av den øverste, som er rett på aksen. Således er det ingen dreiemoment og dreieimpuls vil ikke endres. Uendret spinn betyr spinnaksen ikke beveger seg, slik at toppen holder spinne oppreist. Når feil tvinge topp til spissen litt, ikke tyngdekraften ikke trekke helt ned aksen lenger. Men det er en morsom ting om dreiemoment: det er i rett vinkel til styrken. Så når en topp begynner å tippe og tyngdekraften trekker på det, betyr det ikke trekke toppen over - det får den til å starte wobbling.

Spare Vinkel Momentum

Newtons første lov tar for gitt ideen om at en kropp vil holde samme fart med mindre endret av en annen force.The samme type ting er sant for å spinne organer: en kropp vil beholde sin spinn med mindre et dreiemoment endrer den. Slik at hvis man kunne isolere et roterende objekt fra ytre krefter som kunne utøve et dreiemoment, da objektet vil beholde sin vinkel-bevegelsesmengde i samme retning. Det er hvordan gyro instrumenter fungerer. En spinne seksjon er innelukket i slingrebøylen - mekaniske ledd som gjør at den gyrospinn fritt - og spinn fortsetter å gå i samme retning. Så hvis en kardanforsynte gyro starter pekte på den østlige horisonten, vil den forbli spiss samme måte uavhengig av svingene på rammen.

presesjon

Ser en vertikalt suspendert, spinne sykkeldekk reagerer på gravitasjonen er en av de mest overbevisende visuelle demonstrasjoner av effekten av ytre kraft på et gyroskop. Videoer av denne er tilgjengelig på internett, på slike steder som MIT åpent kurs på rullende bevegelse og gyroskoper. Hvis du legger en streng til den ene enden av akselen av sykkeldekk, og deretter la dekket dråpe, ville du forvente at det skal falle ned og henge fra festepunkt. Men når dekket roterer, kraften virker også som en moment og, som nevnt ovenfor, i stedet for å trekke ned, det virker i rett vinkel og sender dekket spinne rundt i luften. Det bevegelse kalles presesjon, definert som respons på et gyroskop for en ytre kraft.