Pour la science № 446 - гироскоп
Статья про юлу, точнее даже про модную среди французских младших школьников (угадайте, откуда я это знаю) игру с юлами. Оказывается, боевые юлы действительно бывают разными, каждый вид со своей стратегией победы. В основном отличаются формой основания - атакующие юлы с плоским основанием (агрессивными зубцами и раскраской!), защитные со сферическим и «выносливые» с острым. Надо будет дать почитать нашему мальчику :-)
А я, читая статью, кажется, наконец-то понял, как работает гироскоп! С этим гироскопом у меня связана прекрасная история из института. На лекции нам показали: одна скорость туда, другая скорость сюда, векторное произведение перпендикулярно - получается сила прецессии гироскопа. Вопрос из зала: ну так а всё-таки, почему сила прецессии перпендикулярно вообще всему, в чём физика? Лектор опять показывает две силы, упоминает векторное произведение. В зале шушукаются и выдают, что математически всё понятно, но откуда там физически векторное произведение - всё равно не ясно. Лектор ссылается на ограниченность времени лекции, рекомендует обратиться к преподавателю на семинаре.
На семинаре наш препод довольно быстро тоже сдулся. Но самое обидное, что та группа, у которой семинары вёл сам лектор, она тоже не смогла добиться от него «понятного» ответа. Через какое-то время тот сказал, что интуитивно гироскоп не понять, нужно запомнить формулу и основной эффект.
С этим знанием - понять гироскоп невозможно - я прожил 20 лет. И вот, кажется, свершилось.
В двух словах сначала, что такое гироскоп, и почему его прецессия мне кажется контринтуитивной:
Вот в тот момент, когда вращающееся колесо подвешивают за кончик оси, и оно, вместо того, чтобы упасть вниз, начинает описывать круги... меня переполняет какое-то метафизическое чувство, это чистое волшебство.
Так вот, разоблачение этой чёрной магии. В журнале рассматривается схожий пример, я опишу лучше его, а потом прибавлю «с прецессией всё то же самое». Предположим, мы держим вращающееся колесо за оба конца оси. И пытаемся повернуть его вокруг вертикальной оси. Гироскоп при этом начнёт выкручиваться, вращаясь вокруг горизонтальной оси, то есть, заваливаясь направо (или налево, в зависимости от направления вращения).
В тот момент, когда мы просто держим вращающееся колесо, на его части действует центробежная сила, и в каждой точке эта сила находится в плоскости вращения колеса. Она полностью симметрична, уравновешивает саму себя, суммарная сила ноль, ничего не происходит. Когда же мы начинаем вращать колесо вокруг вертикальной оси, траектория каждой частицы колеса перестаёт быть круглой, она становится вращающимся кольцом, как бы «спиралью». Центробежная сила при этом, естественно, продолжает существовать, но вектор её выходит за плоскость вращения колеса. И если аккуратно нарисовать все стрелочки, то становится видно, что внизу колеса силы выпирают с одной стороны, а вверху - с другой. Получившийся момент сил и заваливает колесо на бок.
Как я и обещал - с прецессией всё то же самое :-) Только вместо нашей силы поворота колеса вокруг вертикальной оси, на колесо действует сила тяжести.
P.S. Друзья-физики, не вздумайте задавать наводящие вопросы! Позвольте моему мозгу успокоиться - меня 20 лет терзала мысль «я не понимаю, как работает гироскоп», дайте насладиться!
А я, читая статью, кажется, наконец-то понял, как работает гироскоп! С этим гироскопом у меня связана прекрасная история из института. На лекции нам показали: одна скорость туда, другая скорость сюда, векторное произведение перпендикулярно - получается сила прецессии гироскопа. Вопрос из зала: ну так а всё-таки, почему сила прецессии перпендикулярно вообще всему, в чём физика? Лектор опять показывает две силы, упоминает векторное произведение. В зале шушукаются и выдают, что математически всё понятно, но откуда там физически векторное произведение - всё равно не ясно. Лектор ссылается на ограниченность времени лекции, рекомендует обратиться к преподавателю на семинаре.
На семинаре наш препод довольно быстро тоже сдулся. Но самое обидное, что та группа, у которой семинары вёл сам лектор, она тоже не смогла добиться от него «понятного» ответа. Через какое-то время тот сказал, что интуитивно гироскоп не понять, нужно запомнить формулу и основной эффект.
С этим знанием - понять гироскоп невозможно - я прожил 20 лет. И вот, кажется, свершилось.
В двух словах сначала, что такое гироскоп, и почему его прецессия мне кажется контринтуитивной:
Click to viewВот в тот момент, когда вращающееся колесо подвешивают за кончик оси, и оно, вместо того, чтобы упасть вниз, начинает описывать круги... меня переполняет какое-то метафизическое чувство, это чистое волшебство.
Так вот, разоблачение этой чёрной магии. В журнале рассматривается схожий пример, я опишу лучше его, а потом прибавлю «с прецессией всё то же самое». Предположим, мы держим вращающееся колесо за оба конца оси. И пытаемся повернуть его вокруг вертикальной оси. Гироскоп при этом начнёт выкручиваться, вращаясь вокруг горизонтальной оси, то есть, заваливаясь направо (или налево, в зависимости от направления вращения).
В тот момент, когда мы просто держим вращающееся колесо, на его части действует центробежная сила, и в каждой точке эта сила находится в плоскости вращения колеса. Она полностью симметрична, уравновешивает саму себя, суммарная сила ноль, ничего не происходит. Когда же мы начинаем вращать колесо вокруг вертикальной оси, траектория каждой частицы колеса перестаёт быть круглой, она становится вращающимся кольцом, как бы «спиралью». Центробежная сила при этом, естественно, продолжает существовать, но вектор её выходит за плоскость вращения колеса. И если аккуратно нарисовать все стрелочки, то становится видно, что внизу колеса силы выпирают с одной стороны, а вверху - с другой. Получившийся момент сил и заваливает колесо на бок.
Как я и обещал - с прецессией всё то же самое :-) Только вместо нашей силы поворота колеса вокруг вертикальной оси, на колесо действует сила тяжести.
P.S. Друзья-физики, не вздумайте задавать наводящие вопросы! Позвольте моему мозгу успокоиться - меня 20 лет терзала мысль «я не понимаю, как работает гироскоп», дайте насладиться!