Fuerzas externas sobre giroscopios

December 11

Fuerzas externas sobre giroscopios


Cada objeto que se puede ver sigue las leyes del movimiento de Newton. Estas reglas famosos incluyen la observación de que se necesita una fuerza externa para acelerar un objeto. Por ejemplo, si se levanta una taza de una mesa, está aplicando una fuerza y ​​cambiando el impulso de la copa de cero a lo que sea necesario para levantar la copa para tomar una bebida. Levantéis y la copa se eleva. Pero esas mismas leyes, aplicadas a un objeto que gira, crean un comportamiento inesperado. Es decir, giroscopios reaccionan a las fuerzas externas de manera sorprendente.

Giroscopio

Un giroscopio es un objeto que gira que es simétrico alrededor de su eje de rotación. Una pelota de baloncesto en un dedo, un lápiz rodando sobre una mesa, un neumático de motocicleta - estos son todos los giroscopios. leyes del movimiento de Newton se aplican a cada pequeña parte de un giroscopio, por lo que el movimiento se pudieron calcular mediante la observación de cómo el impulso de cada pequeño elemento del giroscopio se cambia por la fuerza que actúa sobre ella. Pero hay un acceso directo mucho más fácil de encontrar ecuaciones de movimiento que se aplican a todo el cuerpo de giro a la vez. Un objeto no hilado cambiará su impulso cuando se aplica una fuerza. Un objeto que gira cambiará su momento angular cuando se aplica un par de torsión.

Una peonza

movimiento giroscópico es un caso especial de movimiento del cuerpo rígido - un tema que tomaría un tiempo para explorar - pero hay una manera fácil de introducirse a algunas de las peculiaridades del movimiento giroscópico. Si se coloca una tapa de juguete en su punto, se cae inmediatamente sobre. Si se gira el mismo principio, será vagar alrededor de la mesa durante un tiempo, antes de perder velocidad y caer. La gravedad sigue actuando en la parte superior, pero el giro cambia la respuesta de la parte superior a la fuerza de la gravedad.

El momento angular y el par

Fuerzas externas sobre giroscopios

trompos sentir la fuerza de la gravedad, pero el giro añade otra dimensión a la moción.

Un objeto que gira tiene un momento angular que apunta a lo largo de su eje. Asimismo, mantendrá que el momento angular sin cambios, a menos que un par actúa sobre él. Un par de torsión es una fuerza aplicada a una distancia desde el eje de un objeto que gira. Si el eje de la parte superior es perfectamente vertical, la gravedad actúa sobre el centro de masa de la parte superior, que está justo en el eje. Así, no hay par de torsión y el momento angular no cambiará. el momento angular sin cambios significa el eje de giro no se mueve, por lo que la parte superior sigue girando en posición vertical. Cuando imperfecciones fuerzan la parte superior hasta la punta un poco, la gravedad no tire de la derecha abajo del eje más. Pero hay una cosa divertida sobre el par: es en ángulo recto a la fuerza. Así que cuando una parte superior comienza a volcar y la gravedad tira de ella, que no se tire sobre la parte superior - que le hace iniciarse bamboleo.

La conservación de momento angular

La primera ley de Newton postula la idea de que un cuerpo se mantenga el mismo impulso menos que se cambie por otro force.The mismo tipo de cosa que es verdad para hacer girar los cuerpos: un cuerpo mantendrá su momento angular a menos que un par cambia. Así que si se podía aislar un objeto que gira de fuerzas externas que podrían ejercer un par, entonces el objeto mantendrá su impulso angular en la misma dirección. Así es como funcionan los instrumentos giroscópicos. Una sección de hilado está encerrado en cardanes - conexiones mecánicas que permiten el giro del giróscopo libremente - y el giro sigue yendo en la misma dirección. Así que si un giroscopio gimballed comienza señalado en el horizonte del Este, que se quedará en punta que misma manera, independientemente de los giros y vueltas en su marco.

Precesión

Viendo un neumático de bicicleta de spinning suspendido verticalmente reaccionar a la atracción gravitatoria es una de las manifestaciones visuales más convincentes del efecto de la fuerza externa sobre un giroscopio. Videos de esto están disponibles en Internet, en los lugares tales como el curso abierto del MIT en movimiento de balanceo y giroscopios. Si adjunta una cadena a un extremo del eje de un neumático de bicicleta, y luego dejar que la caída de los neumáticos, que se puede esperar que se caiga hacia abajo y colgar desde el punto de unión. Pero cuando el neumático está girando, la fuerza también actúa como un par de torsión y, como se mencionó anteriormente, en lugar de tirar hacia abajo, que actúa en ángulo recto y envía el giro del neumático alrededor de en el aire. Ese movimiento se llama precesión, que se define como la respuesta de un giroscopio a una fuerza externa.


Artículos relacionados