¿Rueda antigravedad?
Así que solo estaba viendo algunos videos de YouTube en una rueca que parecía "desafiar" la gravedad. El creador hizo dos videos sobre él, el primero mostrando la rueda y el segundo con un intento de explicarlo. Están los nombres de los videos:
"¿Rueda antigravedad?" por Veritasium
"Explicación de la rueda antigravedad" por Veritasium
Es el segundo video en particular el que me molesta. Parece como si pudiera levantar la rueda sobre su cabeza mientras gira y avanza con facilidad, pero cuando no gira ni avanza, entonces lucha por levantar el peso sobre su cabeza. Explica esto como que de alguna manera la rueda "se eleva" cuando la fuerza a precesar más rápido que su precesión natural. Pero realmente no entiendo esta explicación. Para mí, parece que viola la segunda ley de Newton, que establece que la fuerza externa total sobre un sistema (la rueda en este caso) es igual a la masa total multiplicada por la aceleración del centro de masa. Ahora, el centro de masa de la rueda va claramente hacia arriba, lo que significa que una fuerza externa tiene que levantarlo. Por lo tanto, la rueda no puede levantarse "por sí misma", porque eso no es una fuerza externa, solo fuerzas internas.
Pensé que el fenómeno ocurrió debido a la fuerza de Magnus (una fuerza externa). Eso también explicaría por qué su peso total no cambió mucho cuando se levantó la rueda. Pero esa claramente no es la explicación que se da en el video. Entonces, ¿cuál es la explicación correcta para este fenómeno?
Respuestas
Estoy de acuerdo en que el intento de explicación ofrecido por Veritasium (Derek Muller) no es convincente.
Ahora bien, no es sencillo hacer que el movimiento de levantar la rueda que no gira sea el mismo que levantar la rueda que gira. En el caso de la rueca, la velocidad de precesión es un dato que dicta el ritmo de elevación. Derek mantiene los pies en el suelo, no mueve su cuerpo para que coincida con la orientación de la barra, por lo que el peso se desplaza sobre el grupo de músculos de su hombro mientras realiza el levantamiento.
De hecho, la fuerza necesaria para levantar la rueda que gira debe ser la misma que la fuerza necesaria para levantar la rueda que no gira.
(La verificación experimental de eso es en realidad bastante complicada. He visto un video de alguien que creó una configuración de mesa, con un giroscopio normal. Su lectura de medición subió y bajó un poco, tenía que promediar. Derek lo intenta con esa rueda gigante , pero la configuración que usa no es lo suficientemente estable).
De todos modos, mi mejor suposición es que al levantar la rueca, el brazo de Derek se mueve en relación con su cuerpo, cambiando la carga de un músculo a otro, mientras que en el otro levantamiento solo está matando un músculo en particular. Realmente debería haber intentado replicar ese flujo de movimiento con una barra para levantar con una mano.
Lo intenté con una barra para levantar con una mano. Levantando con mi brazo derecho, mantuve una rotación de la barra en el sentido de las agujas del reloj. Levantar la barra era factible de esa manera. Luego intenté levantar con mi brazo en un ángulo fijo con mi cuerpo. Eso fue significativamente más difícil. Mi mejor suposición: en diferentes ángulos horizontales de su cuerpo, la parte superior del brazo tiene un ángulo vertical diferente de apalancamiento óptimo. Presumiblemente, eso depende de la ubicación de las inserciones musculares. Aparentemente sucede que la rotación toma un camino donde a lo largo del ascensor se tiene un buen apalancamiento. Por el contrario, si intenta levantar con el brazo en un ángulo horizontal constante con respecto a su cuerpo, inevitablemente llegará a un ángulo vertical con poca palanca.
Comentarios adicionales (3 horas después de la presentación inicial de esta respuesta):
Derek Muller menciona: si tiene una rueda de giroscopio con el eje de giro en el plano horizontal (por lo tanto, obtiene un par de la gravedad), entonces cuando presione para darle a la rueda un excedente por encima del movimiento de precesión natural que la rueda subirá. (Por el contrario, cuando empuja contra el movimiento de precesión natural, la rueda descenderá). Derek ofrece eso como una posible explicación de por qué siente que levantar la rueda giratoria es menos difícil.
Esta explicación sugerida no funciona. La razón de eso: en el mismo instante en que dejas de presionar, esto sucede: la tasa de precesión de la rueda vuelve a la tasa de precesión natural. Además, si Derek no empujaba en absoluto, si simplemente soltaba con cautela, la rueda entraría en la tasa de precesión natural por sí sola.
En total: el brazo de empuje de Derek puede ayudar un poco al brazo de elevación, pero esa asistencia cesa cuando el brazo de empuje se suelta. En ese punto, la rueda todavía está por debajo del nivel de los codos de Derek.
Por cierto, este error no se sostiene por sí solo. Hay otro video de Derek sobre la precesión giroscópica con un error.
Video sobre la precesión giroscópica 2:47 en el video
¿Qué sucede si solo lo dejo ir después de haber girado bien la rueda de la bicicleta? En ese caso, la rueda de la bicicleta ya tendría un momento angular de esta manera y, por lo tanto, un par de torsión que empuja de esa manera en realidad hace girar este momento angular de esa manera
(Para evitar malentendidos: Derek no es el único que hace esta afirmación; la afirmación no se origina en él).
La sugerencia es que el par de la gravedad se está redirigiendo , provocando una precesión en lugar de una aceleración hacia abajo. El problema es: si ese fuera el caso, la precesión se aceleraría; una fuerza sostenida provoca aceleración. Pero como sabemos: dada una velocidad de giro particular de la rueda y un par de torsión particular, existe una tasa constante de precesión correspondiente. Entonces: la sugerencia de que el torque de la gravedad está siendo redirigido viola las leyes del movimiento.
Para una discusión sobre la mecánica de la precesión giroscópica, vea mi respuesta de 2012, la pregunta se titula: ¿Qué determina la dirección de precesión de un giroscopio?