Chaque objet que vous pouvez voir suit les lois du mouvement de Newton. Ces règles célèbres incluent l'observation selon laquelle il faut une force extérieure pour accélérer un objet. Par exemple, si vous soulevez une tasse sur une table, vous appliquez une force et changer la dynamique de la coupe de zéro à tout ce qu'il faut pour élever la tasse à prendre un verre. Vous soulevez et la coupe augmente. Mais ces mêmes lois, appliquées à un objet de filature, de créer un comportement inattendu. C'est, gyroscopes réagissent aux forces externes de manière surprenante.
Gyroscope
Un gyroscope est un objet de filage qui est symétrique autour de son axe de rotation. Un ballon de basket sur un doigt, un crayon rouler sur une table, un pneu moto - ce sont tous les gyroscopes. Les lois du mouvement de Newton appliquent à chaque petite partie d'un gyroscope, de sorte que le mouvement pourrait être calculé en observant comment la dynamique de chaque petit élément du gyroscope est modifié par la force agissant sur elle. Mais il y a un raccourci beaucoup plus facile de trouver des équations de mouvement applicables à l'ensemble du corps de filage à la fois. Un objet non-spinning va changer son élan quand une force est appliquée. Un objet de filature va changer son moment angulaire lorsqu'un couple est appliqué.
A Spinning Top
mouvement gyroscopique est un cas particulier de mouvement de corps rigide - un sujet qui prendrait un peu de temps à explorer - mais il est un moyen facile de vous présenter à quelques-unes des particularités du mouvement gyroscopique. Si vous placez un haut jouet sur son point, il tombe immédiatement sur. Si vous tournez ce même sommet, il va errer autour de la table pendant un certain temps, avant de ralentir et de tomber. La gravité agit toujours sur le dessus, mais la rotation change la réponse de la partie supérieure à la force de gravité.
Angular Momentum et couple
Un objet de filage a un moment angulaire qui pointe le long de son axe. Il gardera cette dynamique angulaire inchangée, à moins qu'un couple agit sur lui. Un couple est une force appliquée à une certaine distance de l'axe d'un objet en rotation. Si l'axe de la partie supérieure est parfaitement vertical, la gravité agit sur le centre de masse de la partie supérieure, ce qui est à droite sur l'axe. Il n'y a donc pas de couple et de la vitesse angulaire ne changera pas. moment angulaire Inchangé signifie l'axe de rotation ne se déplace pas, de sorte que le haut continue de tourner en position verticale. Lorsque les imperfections forcent le haut à la pointe un peu, la gravité ne plus pas tirer vers le bas à droite de l'axe. Mais il y a une chose drôle au sujet de couple: il est perpendiculaire à la force. Alors, quand un haut commence à basculer et la gravité tire sur lui, il ne tire pas le dessus sur - il la fait commencer vacillant.
Préserver Angular Momentum
La première loi de Newton postule l'idée qu'un corps va garder le même élan à moins changé par un autre force.Procédé même genre de chose est vraie pour les corps de filage: un corps gardera sa vitesse angulaire à moins qu'un couple change. Donc, si vous pouvez isoler un objet à partir des forces extérieures de filage qui pourraient exercer un couple, l'objet gardera son moment angulaire dans la même direction. Voilà comment fonctionnent les instruments gyroscopiques. Une section de filage est enfermé dans cardans - liaisons mécaniques qui permettent librement le spin gyroscopique - et le spin continue à aller dans la même direction. Donc, si un gyroscope gimballed commence signalé à l'horizon de l'Est, il va rester pointu que même quelles que soient les rebondissements sur son cadre.
Précession
Regarder un suspendu verticalement, pneu de vélo spinning réagit à l'attraction gravitationnelle est l'une des manifestations visuelles les plus convaincantes de l'effet d'une force extérieure sur un gyroscope. Vidéos de ce sont disponibles sur l'Internet, à des endroits tels que le cours ouvert MIT sur le mouvement et les gyroscopes de roulement. Si vous attachez une chaîne à une extrémité de l'axe d'un pneu de vélo, puis laissez la chute des pneus, vous pouvez vous attendre à tomber et pendre à partir du point de fixation. Mais lorsque le pneu est en rotation, la force agit également comme un couple et, comme mentionné ci-dessus, au lieu de tirer vers le bas, il agit à angle droit et envoie la rotation du pneu autour de l'air. Ce mouvement est appelé précession, définie comme la réaction d'un gyromètre à une force extérieure.