Anti-Schwerkraft-Rad?
Also habe ich mir gerade ein paar YouTube-Videos auf einem sich drehenden Rad angesehen, das der Schwerkraft zu "trotzen" schien. Der Schöpfer hat zwei Videos darauf gemacht, das erste zeigt das Rad und das zweite mit dem Versuch, es zu erklären. Es gibt die Namen der Videos:
"Anti-Schwerkraft-Rad?" von Veritasium
"Anti-Gravity Wheel Explained" von Veritasium
Es ist insbesondere das zweite Video, das mich stört. Es scheint, als könne er das Rad leicht über seinen Kopf heben, während es sich dreht und bewegt, aber wenn es sich weder dreht noch bewegt, bemüht er sich, das Gewicht über seinen Kopf zu heben. Er erklärt dies als irgendwie, dass sich das Rad "selbst anhebt", während er es zwingt, schneller als seine natürliche Präzession zu fahren. Aber ich verstehe diese Erklärung nicht wirklich. Für mich scheint es, als würde es gegen Newtons zweites Gesetz verstoßen, das besagt, dass die gesamte äußere Kraft auf ein System (in diesem Fall das Rad) gleich der Gesamtmasse multipliziert mit der Beschleunigung des Massenschwerpunkts ist. Jetzt geht der Schwerpunkt des Rades deutlich nach oben, was bedeutet, dass eine äußere Kraft es anheben muss. Daher kann das Rad nicht "sich selbst" anheben, denn das ist keine äußere Kraft, sondern nur innere Kräfte.
Ich dachte, das Phänomen geschah aufgrund der Magnus-Kraft (einer äußeren Kraft). Das würde auch erklären, warum sich sein Gesamtgewicht beim Anheben des Rades nicht wesentlich änderte. Aber das ist eindeutig nicht die Erklärung im Video. Was ist die richtige Erklärung für dieses Phänomen?
Antworten
Ich stimme zu, dass der Erklärungsversuch von Veritasium (Derek Muller) nicht überzeugend ist.
Nun ist es nicht einfach, die Bewegung des Anhebens des nicht drehenden Rades mit der des Anhebens des sich drehenden Rades gleichzusetzen. Im Fall des sich drehenden Rades ist die Präzessionsrate gegeben, die den Rhythmus des Auftriebs bestimmt. Derek hält seine Füße auf dem Boden, er bewegt seinen Körper nicht entsprechend der Ausrichtung der Stange, so dass sich das Gewicht über die Muskelgruppe seiner Schulter verlagert, wenn er durch den Lift geht.
In der Tat muss die zum Anheben des Spinnrads erforderliche Kraft der Kraft entsprechen, die zum Anheben des nicht durchdrehenden Rads erforderlich ist.
(Die experimentelle Überprüfung ist eigentlich ziemlich schwierig. Ich habe ein Video von jemandem gesehen, der ein Tabletop-Setup mit normalem Gyroskop erstellt hat. Sein Messwert schwankte ein wenig auf und ab, er musste mitteln. Derek versucht es mit diesem Riesenrad , aber das Setup, das er verwendet, ist nicht stabil genug.)
Wie auch immer, meine beste Vermutung ist, dass sich Dereks Arm beim Anheben des Spinnrads relativ zu seinem Körper bewegt und die Last von Muskel zu Muskel verlagert, während er beim anderen Heben nur einen bestimmten Muskel tötet. Er hätte wirklich versuchen sollen, diesen Bewegungsfluss mit einer Langhantel für Einhandlift zu wiederholen.
Ich habe es gerade mit einer Langhantel für Einhandlift versucht. Ich hob mit meinem rechten Arm und drehte die Langhantel im Uhrzeigersinn. Auf diese Weise konnte die Langhantel angehoben werden. Dann versuchte ich mit meinem Arm in einem festen Winkel zu meinem Körper zu heben. Das war deutlich schwieriger. Meine beste Vermutung: Bei verschiedenen horizontalen Winkeln zu Ihrem Körper hat Ihr Oberarm einen unterschiedlichen vertikalen Winkel für eine optimale Hebelwirkung. Vermutlich hängt das von der Platzierung der Muskelansätze ab. Anscheinend kommt es vor, dass die Rotation einen Weg nimmt, auf dem Sie entlang des gesamten Lifts eine gute Hebelwirkung haben. Wenn Sie dagegen versuchen, mit Ihrem Arm in einem konstanten horizontalen Winkel zu Ihrem Körper zu heben, treffen Sie unweigerlich einen vertikalen Winkel mit schlechter Hebelwirkung.
Zusätzliche Bemerkungen (3 Stunden nach der ersten Übermittlung dieser Antwort):
Derek Muller erwähnt: Wenn Sie ein Gyroskoprad mit der Drehachse in der horizontalen Ebene haben (daher erhalten Sie ein Drehmoment aus der Schwerkraft), dann, wenn Sie drücken, um dem Rad ein zu geben Überschuss über der natürlichen Präzessionsbewegung klettert das Rad. (Umgekehrt senkt sich das Rad ab, wenn Sie gegen die natürliche Vorwärtsbewegung drücken.) Derek bietet dies als mögliche Erklärung dafür an, warum es sich anfühlt, das Anheben des sich drehenden Rads weniger schwer zu machen.
Diese vorgeschlagene Erklärung funktioniert nicht. Der Grund dafür: In dem Moment, in dem Sie aufhören zu drücken, geschieht dies: Die Präzessionsrate des Rades kehrt zur natürlichen Präzessionsrate zurück. Auch wenn Derek überhaupt nicht pushen würde, wenn er nur vorsichtig loslassen würde, würde das Rad von selbst in die natürliche Präzessionsrate gehen.
Alles in allem: Dereks Druckarm kann den Hebearm ein wenig unterstützen, aber diese Unterstützung hört auf, wenn sich der Druckarm löst. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Rad immer noch unter dem Niveau von Dereks Ellbogen.
Übrigens steht dieser Fehler nicht für sich allein. Es gibt ein weiteres Video von Derek über die gyroskopische Präzession mit einem Fehler.
Video über die Kreiselpräzession 2:47 ins Video
Was passiert, wenn ich erst loslasse, nachdem ich das Fahrradrad bereits gut gedreht habe? In diesem Fall hätte das Fahrradrad bereits einen Drehimpuls auf diese Weise, und ein auf diese Weise drückendes Drehmoment schwingt diesen Drehimpuls tatsächlich auf diese Weise
(Um Missverständnisse zu vermeiden: Derek ist nicht der einzige, der diese Behauptung aufstellt; die Behauptung stammt nicht von ihm.)
Der Vorschlag ist, dass das Drehmoment aus der Schwerkraft umgeleitet wird , was eine Präzession anstelle einer Abwärtsbeschleunigung verursacht. Das Problem ist: Wenn dies der Fall wäre, würde sich die Präzession beschleunigen; Eine anhaltende Kraft bewirkt eine Beschleunigung. Aber wie wir wissen: Bei einer bestimmten Durchdrehzahl des Rades und einem bestimmten Drehmoment gibt es eine entsprechende konstante Präzessionsrate. Also: Der Vorschlag, dass das Drehmoment aus der Schwerkraft umgeleitet wird, verstößt gegen die Bewegungsgesetze.
Für eine Diskussion der Mechanik der gyroskopischen Präzession siehe meine Antwort von 2012, die Frage trägt den Titel: Was bestimmt die Präzessionsrichtung eines Gyroskops?