En gyroskop er en spinnende objekt som er symmetrisk om sin rotasjonsakse . En basketball på en finger , en blyant rullende på et bord , en motorsykkel dekk --- disse er alle gyroskoper . Newtons lov om bevegelse gjelder for enhver liten del av et gyroskop , slik at bevegelse kan beregnes ved å observere hvor fremdriften av hver liten del av gyroskopet blir endret ved hjelp av kraften som virker på den. Men det er en langt enklere snarvei til å finne bevegelseslikningene som gjelder for hele spinnende kroppen på en gang . En ikke- roterende objektet vil endre sin fart når en kraft påføres . En spinnende objekt vil endre sin vinkelmomentet når et dreiemoment påføres
A Spinning Top
Gyroskopiske bevegelse er et spesialtilfelle av stiv kropp bevegelse - . Et tema som ville ta litt tid til å utforske - men det er en enkel måte å introdusere deg til noen av de særegenheter gyroskopisk bevegelse. Hvis du plasserer en snurrebass på sin punkt, det umiddelbart faller over. Hvis du spinner den samme toppen, vil det streife rundt bordet for en stund , før sakker og fallende. Gravity fortsatt virker på toppen, men spinning endrer toppen respons på tyngdekraften .
Vinkel Momentum og dreiemoment
spinning topper føler tyngdekraften , men spin tilfører en ny dimensjon til bevegelse .
en spinnende objekt har en dreieimpuls som peker langs aksen . Det vil holde at angulærmoment uendret, med mindre et dreiemoment virker på den. Et dreiemoment er en kraft påført i en avstand fra aksen av en roterende gjenstand. Hvis toppen akse er helt vertikal, virker tyngdekraften på massesenteret av den øverste , som er rett på aksen. Således er det ingen dreiemomentet og vinkelmoment vil ikke endres. Uendret vinkelmomentet betyr spinnaksen ikke beveger seg, slik at toppen holder spinne oppreist. Når ufullkommenhet tvinge toppen for å tippe litt , ikke tyngdekraften trekker ikke akkurat ned aksen lenger. Men det er en morsom ting om dreiemoment : det er i rett vinkel til styrken . Så når en topp begynner å tippe og tyngdekraften trekker på det , betyr det trekker ikke toppen over - det får den til å starte wobbling
Spare Vinkel Momentum
Newtons første lov tar for gitt ideen om at en kropp vil holde samme fart med mindre endret av en annen force.The samme type ting er sant til spinning organer : en kropp vil holde sin skarpe momentum med mindre et dreiemoment endrer den. Så hvis du kunne isolere en spinnende objekt fra eksterne krefter som kan utøve et moment , så objektet vil holde sin skarpe momentum i samme retning . Det er hvordan gyroskopiske instrumenter fungerer . En spinnende delen er vedlagt i gimbals --- mekaniske ledd som la gyro spin fritt --- og spin fortsetter å gå i samme retning . Så hvis en gimballed gyro starter pekte på den østlige horisonten , vil den forbli spiss samme måte uavhengig av svingene på rammen .
Presesjon
Watching et vertikalt opphengt, spinnesykkeldekkreagerer på gravitasjonskraften er en av de mest overbevisende demonstrasjon av visuelle effekten av ytre kraft på et gyroskop . Videoer av denne er tilgjengelig på Internett , på slike steder som MIT åpent kurs på rullende bevegelse og gyroskoper . Hvis du legger ved en streng til den ene enden av akselen på et sykkeldekk , og deretter la dekk dråpe , ville du forvente at det skal falle ned og henge fra festepunktet . Men når dekket roterer , den kraft som også fungerer som et dreiemoment og , som nevnt ovenfor , i stedet for å trekke ned det virker i rett vinkel og sender dekk spinne rundt i luften . At bevegelse kalles presesjon , definert som respons på et gyroskop til en ekstern kraft.