Всем привет, прошу помощи коллективного разума. С ходу я не смог сам себе ответить на вопрос, изложенный ниже, и гугление не особенно помогло, поскольку народ на форумах на эту тему в среднем тоже притормаживает, а попавшиеся учебники этот вопрос обходят стороной. Вот только нашёл, что такой гироскоп называется "несвободным", и то хорошо.
Посмотрите на рисунок. Представьте, что мы хорошенько раскрутили гироскоп, и он стоит себе вертится. Затем мы прикладываем силу в направлении вектора dL (см. рис), и плоскость вращения гироскопа начинает поворачиваться (причём она сопротивляется из-за вращения диска, остальным трением мы пренебрегаем). Предположим мы повернули эту систему на небольшой угол (много меньше 90 градусов, большие повороты пока не будем рассматривать). Как только я перестал прикладывать силу F, система тут же перестала поворачиваться - застабилизировалась в новом положении. Очевидно, что я при этом совершил работу F*S, где F - это сила, которую я прикладывал к концу оси, S - это путь, который проделал конец оси. Если мы пренебрегаем трением в подшипниках, то угловая скорость вращения гироскопа не изменилась, кинетическая энергия вращения осталась той же самой. Вопрос - куда ушла моя работа F*S?
Больше того - я могу тут же взять и повернуть систему в начальное положение, тем самым совершу двойную работу F*S. Тем самым вообще ничего не изменилось, а моя работа вообще ушла в никуда?
Вопрос - в чём тут шаманство, и чего я не понимаю? Или тут нельзя пренебрегать трением? Но ведь можно представить что все взаимодействия в системе упругие, и значит потерь на трение нет? Или нет? )
2019-02-04 11:32
Этот же вопрос, но только "в обратном аспекте", интересовал меня в 70-е годы. Тогда я "задумал" несвободный гироскоп, который, будучи установленный на Южном полюсе, "реализовал бы" энергию вращения Земли! Конечно, я знал, что такое невозможно: находясь на Земле, использовать её энергию не получится. Оно было бы похоже на Мюнхгаузена, вытаскивающего самого себя из болота, сцепляясь за собственные волосы... Но ошибку в ходе своих рассуждений обнаружить не мог. Обратился по этому поводу и в Институт механики АН АзССР, и в ж-лы "ТМ" и "НиЖ" - полученные ответы не удовлетворили меня. Но в конце-концов разобрался сам... К сожалению, не помню как. А восстанавливать всё это вряд ли теперь у меня хватит сил.
Она прикладывается к его опорам. Гироскопический эффект просто перенаправляет вектор приложенной силы, маховик служит как бы посредником для этого. Фактически, ты своим усилием по стрелке DL приложил усилие к СТОЛУ вертикально вниз. Стол от этого не разрушился. И сила эта приложилась через подставку гироскопа, но не в центре тяжести, а в стороне. Поэтому если сила будет слишком большая, то подставка просто опрокинется. Аналогично ты можешь подойти к столбу на улице и нажать на него рукой. Временно нарушая его равновесие и создавая деформацию.
Куда девается энергия при повороте "несвободного" гироскопа...
Не знаю...
Вот только на памяти "Школа юных моряков"...
За попытку... поворота гироскопа...
Был сердечный приступ. У штурмана.
Меня ...оттуда изгнали.
Гироскопические силы работы не совершают...
Отсюда и пляши!
Учти, что представленная модель - идеальная (твердые тела не сжимаемые, нити не растяжимые, блоки невесомые, пружины невесомые и подчиняются закону Гука,... и т. д.)
Читай какую-либо литературу по гироскопы...
или (как минимум) Бать М. И. "Теоретическая механика в примерах и задачах" т. 1, т. 2, т3
Всякое действие вызывает адекватное противодействие. С учетом этого легко разобраться в механике гироскопа. Только не надо мне в ответ, профессионалу во многих областях наук, доказывать обратное. Я не одного лжеучёного ставил на место и всегда люблю иметь дело с официальной наукой!
У тебя не гироскоп, а гирокомпас. Т. е. у тебя две оси вращения. Когда гироскоп начинает вращаться с огромной частотой, он стремится повернуться подобно стрелке компаса и из-за этого происходит эффект удержания направления в пространстве. Если гироскопу предоставить возможность повернуться, добавив вторую ось вращения (поплавок) он повернутся в направлении магнитных полюсов Земли. И твой гироскоп становится в этом случае гирокомпасом. В. Вертгейм в 1852 году установил, что железный прут намагничивается, когда он подвергается временному вращению, и теряет магнетизм после остановки вращения. Т. е. вращающийся гироскоп становится стрелкой компаса.. иными словами. В этом суть работы гирокомпаса.
-
В конечном счёте - на трение в опорах
Почему-то никого и никогда не интересовало ПОЧЕМУ гироскоп крутится устойчиво в одной плоскости... Сейчас я выскажу дикую мысль-При вращении материал гироскопа вступает в СВЯЗИ с окружающим его вакуумом (Вакуум, как известно, это совсем не пустота!). Эти связи его и держат в одной плоскости, как растяжки. При движении вдоль оси или вдоль плоскости вращения эти связи не очень изменяются (не знаю почему, но-факт.), а при повороте поперек плоскости вращения-очень сильно. -Пока еще не вступили в действие НОВЫЕ связи, совершается работа на их установление. Вот, туда и уходит энергия. Вообще-то говоря, связи это основа устройства нашего мира, как в обществе людей, так и в физических явлениях... Недаром же, говорится-если тронул одну травинку-содрогнулась вся Вселенная?...
Вверху одна чушь, прежде всего основанная на необоснованном принятие кажущегося верным неверного за очевидное и верное.
Здесь такое лжеочевидное - "Если мы пренебрегаем трением в подшипниках, то угловая скорость вращения гироскопа не изменилась, кинетическая энергия вращения осталась той же самой" и "повернуть систему в начальное положение, тем самым совершу двойную работу F*S. Тем самым вообще ничего не изменилось".
В любых вначале не оч. ясных физических задачах разумно прежде всего попытаться использовать законы сохранения.
В данном случае использование з-на сохранения энергии ЛЕГКО, без всяких хитрых уравнений, позволяет придти к выводу, что затраченная работа идет на увеличение кинетической энергии вращения гироскопа !
А при движении туда и обратно - в первом приближении к двойному ее увеличению (~двойному, если скорости туда и обратно были равны).
_________________________
Рустам Искендеров 2 минуты назад
Вроде так. Во-первых, трение тут ни причём. Во-вторых, забываете наличие опоры: Когда вы стремитесь поворачивать ось вращения гироскопа в горизонтальной плоскости, совершая некоторую работу, корпус, на котором "сидит" эта ось, стремится повернуться в вертикальной плоскости, передавая усилие на крохотную вертикальную ось (внизу на рисунке). Если опора этой оси надёжно закреплена с Землёй, то ваша работа пойдёт на поворачивание Земли, что, разумеется, будет незаметным благодаря огромной массе последней...
_________________
daybit 1 минуту назад
Да, я именно про это уже и подумал. ) Что моя работа уходит на закручивание Земли. Что разумеется незаметно.
Поскольку не было возможности написать дополнение перед тем, как выбрать Лучший Ответ, я допишу комментарий сюда.
В общем, на мой взгляд вы ближе всех подобрались к ответу, насчёт поворота Земли.
Низяев подсказал мне, в какую сторону думать, однако он сам остался в неверном ощущении, что это аналогия упругого взаимодействия со столбом, со стеной, и не совсем верно обосновывал потерю энергии при таких взаимодействиях, мол, биологический организм "устаёт", вот туда и уходит энергия. К слову, Низяев высказал мысль, которая грешным делом приходила и мне - про "направленность" энергии - точнее я думал про то, что момент инерции ведь тензор, а поскольку с тензорами я не очень дружу, то у меня были сомнения, понимаю ли я вообще, что происходит.
Ещё один отвечающий, Arkanarian Physicist, тоже неправ, ему кажется, что гироскоп получит дополнительную скорость (что не соответствует действительности).
Ну а остальные ответы - обычный в таких случаях информационный шум.