Летящият куфар
Тъй като майсторите на реквизита нарушават картината, когато минават през студиото по време на излъчването, ние използвахме роботи в нашата телевизионна игра за отгатване, които влачеха всички необходими реквизити до двамата водещи на предварително изтеглена метална писта. Един от онези плоски колички с два големи сребърни куфара просто се търкаляше бавно в телевизионното студио. Имах почивка, играта в ход беше отговорност на моя съ-домакин.
Междувременно той беше шпионирал силен млад мъж сред публиката и го помолил да вземе двата куфара от колата и да ги носи на разстояние. Когато мъжът с двата куфара беше на ниво с него, той го повика. Внезапната промяна на курса принуди портиера да направи остър десен завой - и се случи изненадващото: куфарът от дясната ръка стоеше почти хоризонтално и така остана, когато човекът, очевидно учуден, се обърна веднъж на собствената си ос. Багажникът вляво не направи опит да се изправи по същия начин. Публиката се забавляваше и бурно аплодираше.
Идиосинкратичният куфар: процесът беше добре инсцениран. Естествено, човекът беше посветен в играта. Всеки, който наблюдава ръката на мъжа, е трябвало да види как той контролира движението на куфара. Екипът, който имал задачата да реши загадката, изведнъж обявил, че вероятно е имало бързо въртящ се връх в правилния случай. „Отлично - каза модераторът, - но няма да получите точка за това. Предположихме, че все още си спомняте това от урока по физика. "
Той помоли член на екипа да дойде в центъра на студиото и помоли мъжа да разбере две неща, като се забърка в кутията: първо, ориентацията на оста на върха и второ, посоката на въртене на ротора. Както обикновено, той добави: „Имате една минута да помислите, докато музиката свири. Можете да се консултирате с петте си колеги. "
Съветът: Намирането на оста беше най-малкият проблем. За целта екипажът трябваше да направи само няколко пробни завъртания на куфара. Посоката, в която куфарът може да се завърти без съпротивление, трябва да бъде аксиалната посока. Както се очакваше, той беше успореден на най-късите ръбове и следователно перпендикулярен на най-голямата повърхност на корпуса, зад който можеше да се скрие особено голям роторен диск, който благодарение на относително големия си инерционен момент можеше да съхранява много енергия в ротация и обещава дълго време на работа на жироскопа без енергийно захранване.
Въртящ момент и прецесия: Оказа се по-трудно да се отгатне посоката на въртене на ротора. Умно е да се маркира посоката на оста - преди десния завой в окачения корпус, както знаем, хоризонтален и напречен на посоката на въртене - и възможната посока на въртене на ротора (в смисъл на десен винт) с векторна стрелка. Дължината на вектора е целесъобразно пропорционална на размера на "ъгловия импулс" (инерционен момент по ъглова скорост).
Моментът на ъгъл D на върха се променя от действието на „въртящи моменти“, които имат подобен ефект върху горната част като отвертката при забиване на винтове (които с повечето десничари обикновено са десни винтове). По същия начин, както посоката и дължината на вектора на ъгловия момент определят размера, посоката и усещането за въртене на ъгловия импулс, посоката, усещането за въртене и големината на въртящия момент се характеризират с посоката и дължината на момента на момента М. Важно е промяната на ъгловия момент D във времето t да е равна на въртящия момент M: dD/dt = M (жироскопско уравнение; d/dt означава производното).
Въртящият момент в посока на ъгловия момент само променя своя размер, въртящият момент, перпендикулярен на ъгловия момент, също променя посоката му. Това задвижва оста на жироскопа: Жироскопът започва да „прецесира“.
Прецесията на въртящ се връх поради неговата инерция на въртене е аналогична на инерцията на неговата маса поради инерцията му по време на орбитално движение. Ако сила действа върху движещата се маса в посока на текущата скорост, тя ще продължи да лети в същата посока, макар и с увеличаване или намаляване на скоростта. Но ако силата действа под прав ъгъл спрямо скоростта, пътят е извит. В никакъв случай скоростта на масата не приема моментално посоката на действащата сила.
Същото е и с прецесията на върха. При завъртане на корпуса за дръжката му в дясното огъване, вертикален въртящ момент с векторна стрелка надолу действа върху хоризонталния вектор на ъгловия импулс. Той придърпва върха на вектора на ъгловия импулс надолу, векторът на ъгловия импулс се приближава към посоката на вектора на момента („равен паралелизъм“ - термин, който се връща към Леон Фуко). Ако куфарът трябва да се изправи - както е описано по-горе - векторът на ъгловия импулс първо трябва да сочи наляво. Тоест роторът в окачения куфар трябва да се е завъртял в посоката на движение на човека като колело на каруца.
Трябва да се признае, че беше трудно да не сбъркате с подобни въпроси, особено с ужас пред сцената пред четири телевизионни камери. Модераторът имаше залепен маркер върху куфара. С малко помощ отборът получи точния резултат и получи две пълни точки, които им помогнаха да спечелят играта с отгатване.
Космически връх: Горната част на кутията е идентична със стабилизационния връх, който е полетял в космоса с комуникационния спътник „Symphony“ и е бил в експлоатация там в продължение на пет години.
Производствената компания Teldix в Хайделберг ни предостави кутията на жироскопа и нейната двойка за излъчването. От бележките си от това време приемам, че роторът е имал маса 3,5 килограма и се е въртял с 3000 оборота в минута или 50 оборота в секунда. Той е бил магнитно монтиран по безконтактен начин, за да загуби възможно най-малко кинетична енергия чрез триене. От друга страна, малките жироскопи, работещи в плъзгащи лагери, които могат да бъдат закупени за деца и аматьори в магазините за играчки, страдат много от триенето при плъзгане. За Йохан Готлиб Фридрих Боненбергер се твърди, че го е изобретил през 1817 г .; от 1852 г. ги наричат жироскопи по името на Леон Фуко.
Танцувайте отгоре: класическият жироскоп се състои от железен ротор, който е монтиран между регулиращи винтове в стоманен пръстен. В миналото опаковката включваше масивна Айфелова кула, изработена от отливен цинк, върху която жироскопът се обработваше великолепно. Малката пластмасова шапка, която купувачите получават в наши дни, е твърде лека и може да се изхвърли само. Чрез издърпване на корда, която трябва предварително да се навие от едната страна на вала на ротора, роторът може да се доведе до много висока скорост на въртене.
Ако приемем, че ъгловата скорост γ на собственото въртене на ротора е много голяма в сравнение с ъгловата скорост wp на прецесията на върха около вертикалата (γ »ωp:" по-бърз "връх), делът на прецесията в ъгловия момент срещу ъгловия момент C γder Въртенето на ротора ("завъртане") може да бъде пренебрегнато. C е инерционният момент на ротора около оста на симетрия (измерен например в kgxm). При стационарна (независима от времето) прецесия само посоката се променя, но не и размерът на вектора на ъгловия импулс. Промяната в ъгловия момент по време на прецесията е продукт на промяната на ъгъла за единица време (ωp) и дължината на хоризонталния компонент на ъгловия момент, C γ sinδ: ωp C γsinδ. Той лежи перпендикулярно на равнината на чертежа и е равен на въртящия момент G l sin δ от общото тегло G на жироскопа, действащ в същата посока. От това се изчислява ъгловата скорост на прецесията: ωp = G l/C γ Колкото по-бързо се върти роторът (колкото по-голям е γ), толкова по-бавно прецесира жироскопът (по-малък е ωp).
Забележително е, че ωp за бързия връх е независим от ъгъла на стъпката. Докато жироскопът е бърз, можете да зададете произволен ъгъл δ и да оставите жироскопа да прецесира в това положение. Преди всичко обаче жироскопът прецесира ъгли на стъпката между границите от 90 и 0 градуса, които съответстват на окачения и хоризонтално "летящия" куфар, в посока на въртене на ротора. С това знание екипът за отгатване би могъл да види движението на куфара, в която посока се върти горната част. .