Efekt żyroskopowy

Ciało wirujące w zależności od stosowania - ma różne nazwy: bączek, koło zamachowe, kołowrotek, wirnik, koło rowerowe, żyroskop, Ziemia, powietrze itd. Tak to już jest, że każda bryła bardziej czy mniej kształtna - może wirować, a cechą wspólną wirujących form materii jest FAKT, że coś utrzymuje wirujące atomy w skupisku. To coś posiada nazwę: wiązania chemiczne, choć nie jest to szczęśliwie dobrana nazwa, wszak np w sieciach krystalicznych nie widać żadnej chemii, a występują jakieś siły sprawiające, że "cząstki powtarzają się w regularnych odstępach w trzech kierunkach przestrzeni". Gdyby nie było tych sił, to atomy rozleciałyby się każdy w swoją stronę... :)

Żyroskop, który demonstruje lektor na poniższym filmiku edukacyjnym, także zbudowany jest z atomów:

Żyroskop- Wydział Fizyki PW https://www.youtube.com/watch?v=34uee2M9_FI

Żyroskop

Koło umieszczone jest na długiej osi. Po drugiej stronie punktu podparcia wieszamy krążki. Widzimy, że 3 krążki równoważą ciężar koła.

Gdy zawiesimy 2 krążki – powstaje moment siły, który powoduje opadanie koła w dół.

Gdy zawiesimy 4 krążki – moment sił skierowany jest przeciwnie i koło unosi się do góry.

Teraz wprawiamy koło w ruch obrotowy. Zawieszono 3 krążki i układ jest w równowadze. Nie działa na niego żaden moment sił. Nie udaje się obrócić wirującego koła. Oś obrotu zachowuje stały kierunek.

Ta ilustracja zasady zachowania momentu pędu, gdy na układ nie działa moment siły – moment pędu jest stały, zarówno co do wartości jak i kierunku.

Koło wiruje. Dodajemy czwarty krążek. Koło zachowuje się teraz inaczej. Nie unosi się do góry, a zaczyna obracać się wokół pionowej osi. Ten obrót spowodowany jest działaniem momentu siły.

Wypadkowa siła działająca na koło skierowana jest pionowo do góry. Moment siły prostopadły do wektora siły i ramienia siły skierowany jest poziomo. Poziomo skierowany moment siły nadaje układowi przyśpieszenie kątowe o takim samym poziomym kierunku. Oznacza to, że po pewnym czasie delta t nastąpi zmiana prędkości kątowej o wektor delta omega, który jest skierowany poziomo tak jak wektor przyśpieszenia kątowego. Suma wektorów omega i delta omega – jest prędkością kątową koła omega prim po czasie delta t.

Jak widać kierunek tej nowej prędkości kątowej wyznaczony jest przez prostą A-A’. Kierunek prędkości kątowej pokrywa się zawsze z osią obrotu, więc na skutek działania momentu siły – oś obrotu koła będzie obracać się w płaszczyźnie poziomej.

Teraz zdejmujemy krążki zostawiamy dwa krążki, a więc na koło działa siła wypadkowa skierowana pionowo w dół. Moment siły jest teraz skierowany przeciwnie niż poprzednio i obserwujemy obrót koła w przeciwną stronę.

W ciałach wirujących występuje efekt żyroskopowy tym silniej im szybciej ciało wiruje wokół aktualnej osi obrotu. Także w obracającej się gajce Dżanibekowa, czy wirującej wokół własnej osi obrotu Ziemi - ten efekt JEST.

Będę próbował zbadać mechanizm tego zjawiska, aby w przyszłości umieć wyliczyć kiedy i jaki fikołek wystąpi. Dotyczy to także Ziemi, która fiknie salto pod warunkiem, że energia obrotu przepływająca do dwóch pozostałych osi -- nie jest tłumiona. To też będę chciał zbadać. :)

* * *

A tu w temacie filmik, który może się przydać: