Varje objekt som du kan se följer Newtons rörelselagar . Dessa berömda regler omfattar observationen att det tar en yttre kraft för att accelerera ett föremål . Till exempel, om du lyfter en kopp från en tabell , du applicera en kraft och förändra dynamiken i koppen från noll till vad som krävs för att höja koppen för att ta en drink . Du lyfter upp och koppen stiger . Men dessa samma lagar, som tillämpas på en snurrande objekt, skapa oväntade beteende. Det vill säga , gyroskop reagerar på yttre krafter på överraskande sätt . Gyroskop
Ett gyroskop är en snurrande objekt som är symmetrisk omkring dess rotationsaxel . En basketboll på ett finger , en penna rullande på ett bord , en motorcykeldäck — dessa är alla gyroskop . Newtons rörelselagar gäller för varje liten del av ett gyroskop , så att rörelsen kan beräknas genom att observera hur dynamiken i varje liten del av gyroskop ändras av den kraft som verkar på den. Men det finns en mycket enklare genväg att hitta rörelseekvationer som gäller för hela spinning kroppen på en gång . En icke- roterande objektet kommer att ändra sin rörelsemängd när en kraft anbringas . En snurrande objekt kommer att ändra sin rörelsemängdsmoment när ett vridmoment anbringas
En Spinning Top
Gyrorörelse är ett specialfall av stela kroppsrörelse- . Ett ämne som skulle ta lite tid att utforska – men det finns ett enkelt sätt att presentera dig till några av de egenheter gyro . Om du placerar en leksak topp på sin plats , faller det genast över. Om du snurrar samma topp , kommer det att flytta runt bordet ett tag , innan den saktar ner och falla . Gravity fungerar fortfarande på toppen, men spinn ändrar toppen svar på tyngdkraften . Addera mängdsmoment och Moment
Spinning toppar känna gravitationen , men spinn tillför en ny dimension till rörelse.
spinning objekt har ett rörelsemängdsmoment som pekar längs dess axel . Det kommer att hålla att rörelsemängdsmomentet oförändrat , om inte ett vridmoment verkar på den. Ett vridmoment är en kraft som anbringas på ett avstånd från axeln för en snurrande föremålet. Om den övre axel är helt vertikal , agerar gravitationskraften på centrum för massan av toppen, som är rätt på axeln. Således finns det inget vridmoment och vinkelmoment kommer inte att förändras . Oförändrad rörelsemängdsmoment innebär rotationsaxeln inte rör sig , så att överkanten håller spinning upprätt . När brister tvingar upp för att tippa lite, tar gravitationen inte drar rätt ner axeln längre. Men det är en rolig sak om vridmoment : det är i rät vinkel mot våld. Så när en topp börjar tippa och allvar drar på det , inte dra topp över – det får den att börja vinglar
Conserving Vinkel Momentum
Newtons första lag postulerar tanken att en kropp kommer att hålla samma fart såvida de inte ändras av en annan force.The samma typ av sak är sant för spinning organ : ett organ kommer att behålla sin rörelsemängdsmoment , såvida inte ett moment ändrar den . Så om man kunde isolera en spinn föremål från yttre krafter som skulle kunna utöva ett vridmoment , då objektet kommer att hålla sitt vinkelmoment i samma riktning . Så gyroskopiska instrumenten fungerar . En snurrande delen är innesluten i balansupphängningar — mekaniska kopplingar som gör gyro spinn fritt — och spin håller kommer i samma riktning . Så om en kardanupphängd gyro börjar pekade på den östra horisonten , kommer den att hålla spetsigt samma sätt oavsett vändningar på dess ram .
Precession
Titta en vertikalt upphängd , spinning cykel däck reagerar på gravitationskraften är en av de mest övertygande visuella demonstrationer av effekten av yttre kraft ett gyroskop . Videor av detta finns på Internet , på sådana platser som MIT öppen kurs på rullande rörelse och gyroskop . Om du ansluter en sträng till en ände av axeln på ett cykeldäck, och sedan låta däck droppe , skulle du förvänta dig att den faller ner och hänga från fästpunkten . Men när däcket roterar , den kraft som fungerar också som ett vridmoment och , såsom nämnts ovan , i stället för att dra ner , fungerar den i rät vinkel och skickar runt däcket spinning i luften. Denna rörelse kallas precession, definieras som den respons av ett gyroskop för en extern kraft . Addera