Externe Kräfte auf Gyroskope
Jedes Objekt, das Sie sehen, folgt Newtons Gesetze der Bewegung. Diese berühmten Regeln beinhalten die Beobachtung, dass es dauert, eine externe Kraft , um ein Objekt zu beschleunigen. Zum Beispiel, wenn Sie eine Tasse heben Sie eine Tabelle , die Sie sich bewerben , eine Kraft und die Änderung der Dynamik der Tasse von Null auf , was es braucht , um die Tasse zu erhöhen, um einen Drink zu nehmen. Sie heben und die Tasse steigt . Aber die gleichen Gesetze , eine Spinn Objekt angewendet , erstellen Sie ein unerwartetes Verhalten . Das heißt , Gyroskope reagieren auf äußere Kräfte überraschende Weise . Kreisel
Ein Gyroskop ist ein Objekt, das Spinn symmetrisch um seine Drehachse ist . Ein Basketball auf einem Finger , einem Stift auf einem Rolltisch , ein Motorradreifen --- diese sind alle Gyroskope . Newtons Gesetze der Bewegung, um jede noch so kleine Teil eines Kreisels gelten , so dass die Bewegung könnte durch die Beobachtung, wie die Dynamik jedes kleinen Element des Kreisels wird durch die auf ihn wirkenden Kraft verändert berechnet werden. Aber es gibt eine viel einfacher Verknüpfung zu Bewegungsgleichungen , die auf der ganzen Spinn Körper auf einmal anwenden zu finden. Ein nicht- drehendes Objekt wird seine Dynamik zu ändern, wenn eine Kraft aufgebracht wird . Ein sich drehendes Objekt wird seine Drehimpuls ändern, wenn ein Drehmoment aufgebracht wird
ein Kreisel
Kreiselbewegung ist ein Spezialfall der Starrkörperbewegung - . Ein Thema, das würde einige Zeit, um zu erkunden - aber es ist eine einfache Möglichkeit, sich zu einigen der Besonderheiten der Kreiselbewegung vorstellen. Wenn Sie einen Spielzeugkreisel auf der Spitze zu platzieren, fällt es sofort auf . Wenn Sie die gleiche Top Spin , wird es rund um den Tisch für eine Weile zu durchstreifen, bevor Verlangsamung und fällt. Die Schwerkraft wirkt immer noch auf die Spitze, aber die Spinn ändert sich die Reaktion der oberen bis zur Schwerkraft .
Drehimpuls und Drehmoment
Spinning Tops spüren die Schwerkraft , aber der Spin fügt eine weitere Dimension der Bewegung.
Spinn Objekt hat einen Drehimpuls , die entlang ihrer Achse zeigt. Man sieht, daß Drehimpuls unverändert zu halten , es sei denn, ein Drehmoment auf sie wirkt . Drehmoment ist eine Kraft in einem Abstand von der Achse einer sich drehendes Objekt angewendet wird. Wenn die Spitzenachseperfekt vertikal ist , wirkt die Schwerkraft auf den Massenmittelpunkt der oberen , der direkt auf der Achse ist . Somit gibt es kein Drehmoment und der Drehimpuls wird nicht geändert. Unverändert Drehimpuls sind die Spin-Achse bewegt sich nicht, so dass die oben aufrecht hält Spinnen . Wenn Unvollkommenheiten zwingen die obere , ein wenig kippen , wird die Schwerkraft nicht ziehen rechts unten die Achse nicht mehr. Aber es gibt eine lustige Sache über Moment: es ist im rechten Winkel zu der Kraft . Also, wenn ein Top- beginnt zu kippen und die Schwerkraft zieht sie , ist es nicht die oben ziehen vorbei - es bewirkt, dass es zu starten Wackeln
Conserving Angular Momentum
das erste Newtonsche Gesetz postuliert, die Idee, dass ein Körper die gleiche Dynamik zu halten , es sei denn durch eine andere Kraft getretenen gleiche Art der Sache gilt für Spinnen Körper verändert : ein Körper wird seine Drehimpuls zu halten , es sei denn ein Drehmoment ändert es . Also, wenn Sie könnten ein drehendes Objekt von externen Kräften, die ein Drehmoment ausüben könnte zu isolieren , dann wird das Objekt sein Drehimpuls in die gleiche Richtung zu halten. Das ist, wie Kreiselinstrumentenzu arbeiten. Eine Spinnabschnittkardanisch --- mechanischen Verbindungen , die die Spin -Kreisel frei lassen geschlossenen --- und der Spin läuft weiter in die gleiche Richtung. Also, wenn ein kardanisch aufgehängten Kreisel beginnt am östlichen Horizont zeigte , wird es spitze , dass dieselbe Weise , unabhängig von den Drehungen und Wendungen auf dem Rahmen bleiben.
Präzession
Beobachten ein senkrecht aufgehängt , Spinnfahrradreifenreagieren auf Schwerkraft ist eine der überzeugendsten visuelle Demonstrationen der Wirkung der äußeren Kraft auf einem Kreisel. Videos von dieser sind im Internet verfügbar sind, an solchen Plätzen wie dem MIT offenen Kurs auf Rollbewegung und Gyroskope . Wenn Sie einen String anhängen , um ein Ende der Achse eines Fahrradreifen , und dann lassen Sie den Reifenabfall, würden Sie erwarten es zu fallen und hängen von dem Befestigungspunkt . Aber wenn der Reifen sich dreht , wirkt die Kraft auch als Drehmoment und , wie oben erwähnt , anstelle von nach unten gezogen , senkrecht wirkt und sendet den Reifen herum in der Luft Spinn . Diese Bewegung wird als Präzession , definiert als die Reaktion eines Kreisels auf eine äußere Kraft .