Roue anti-gravité?
Alors je regardais juste quelques vidéos YouTube sur un rouet qui semblait «défier» la gravité. Le créateur a réalisé deux vidéos dessus, la première montrant la roue et la seconde avec une tentative de l'expliquer. Il y a les noms des vidéos:
"Roue anti-gravité?" par Veritasium
"La roue anti-gravité expliquée" par Veritasium
C'est la deuxième vidéo en particulier qui me dérange. Il semble qu'il puisse soulever la roue au-dessus de sa tête pendant qu'elle tourne et précessive avec facilité, mais quand elle ne tourne pas ou ne précession, alors il a du mal à soulever le poids au-dessus de sa tête. Il explique cela comme d'une manière ou d'une autre la roue "se soulevant" alors qu'il la force à précesser plus rapidement que sa précession naturelle. Mais je ne comprends pas vraiment cette explication. Pour moi, il semble que cela viole la deuxième loi de Newton, qui stipule que la force externe totale sur un système (la roue dans ce cas) est égale à la masse totale multipliée par l'accélération du centre de masse. Désormais, le centre de masse de la roue monte clairement, ce qui signifie qu'une force externe doit la soulever. Par conséquent, la roue ne peut pas se soulever «elle-même», car ce n'est pas une force externe, juste des forces internes.
Je pensais que le phénomène s'était produit à cause de la force Magnus (une force externe). Cela expliquerait également pourquoi son poids total n'a pas beaucoup changé lorsque la roue a été soulevée. Mais ce n'est clairement pas l'explication donnée dans la vidéo. Alors, quelle est la bonne explication de ce phénomène?
Réponses
Je reconnais que la tentative d'explication proposée par Veritasium (Derek Muller) n'est pas convaincante.
Or, il n'est pas simple de faire en sorte que le mouvement de levage de la roue qui ne tourne pas soit le même que celui de levage de la roue qui tourne. Dans le cas du rouet, le taux de précession est une donnée, qui dicte le rythme de la portance. Derek garde les pieds sur terre, il ne bouge pas son corps pour correspondre à l'orientation de la barre, donc le poids se déplace sur le groupe musculaire de son épaule pendant qu'il traverse l'ascenseur.
En effet, la force requise pour soulever la roue qui tourne doit être la même que la force requise pour soulever la roue non rotative.
(La vérification expérimentale de cela est en fait assez délicate. J'ai vu une vidéo de quelqu'un qui a créé une configuration de table, avec un gyroscope normal. Sa lecture de mesure oscillait un peu de haut en bas, il devait faire une moyenne. Derek l'essaye avec cette roue géante , mais la configuration qu'il utilise n'est pas assez stable.)
Quoi qu'il en soit, ma meilleure supposition est qu'en soulevant le rouet, le bras de Derek bouge par rapport à son corps, déplaçant la charge d'un muscle à l'autre, alors que dans l'autre ascenseur, il ne fait que tuer un muscle en particulier. Il aurait vraiment dû essayer de reproduire ce flux de mouvement avec une barre pour un levage à une main.
Je l'ai juste essayé avec une barre pour un levage à une main. En soulevant avec mon bras droit, j'ai maintenu une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre de la barre. Soulever la barre était faisable de cette façon. Ensuite, j'ai essayé de soulever avec mon bras à un angle fixe par rapport à mon corps. C'était beaucoup plus difficile. Ma meilleure supposition: à différents angles horizontaux de votre corps, le haut de votre bras a un angle vertical différent d'effet de levier optimal. Cela dépend vraisemblablement des emplacements des attaches musculaires. Apparemment, il se trouve que la rotation prend un chemin où tout au long de l'ascenseur vous avez un bon effet de levier. Inversement, si vous essayez de soulever avec votre bras à un angle horizontal constant par rapport à votre corps, vous atteindrez inévitablement un angle vertical avec un faible effet de levier.
Remarques supplémentaires (3 heures après la soumission initiale de cette réponse):
Derek Muller mentionne: si vous avez une roue de gyroscope avec l'axe de rotation dans le plan horizontal (d'où vous obtenez un couple de gravité), alors lorsque vous poussez pour donner à la roue un excédent au-dessus du mouvement naturel de précession, la roue montera. (À l'inverse, lorsque vous poussez contre le mouvement naturel de précession, la roue descendra.) Derek offre cela comme une explication possible pour expliquer pourquoi il semble ourler que soulever le rouet est moins difficile.
Cette explication suggérée ne fonctionne pas. La raison à cela: au moment même où vous arrêtez de pousser, cela se produit: le taux de précession de la roue revient au taux de précession naturel. De plus, si Derek ne poussait pas du tout, s'il lâchait simplement avec précaution, la roue atteindrait d'elle-même le taux de précession naturel.
En tout: le bras de poussée de Derek peut aider un peu le bras de levage, mais cette assistance cesse lorsque le bras de poussée se relâche. À ce stade, la roue est toujours en dessous du niveau des coudes de Derek.
Incidemment, cette erreur ne tient pas d'elle-même. Il y a une autre vidéo de Derek sur la précession gyroscopique avec une erreur.
Vidéo sur la précession gyroscopique 2:47 dans la vidéo
que se passe-t-il si je lâche seulement après avoir déjà bien fait tourner la roue de la bicyclette dans ce cas, la roue de la bicyclette aurait déjà un moment cinétique de cette façon et donc un couple poussant de cette façon fait pivoter ce moment angulaire de cette façon
(Pour éviter tout malentendu: Derek n'est pas le seul à faire cette réclamation; la réclamation ne vient pas de lui.)
La suggestion est que le couple de gravité est redirigé , provoquant une précession au lieu d'une accélération vers le bas. Le problème est le suivant: si tel était le cas, alors la précession s'accélérerait; une force soutenue provoque une accélération. Mais comme nous le savons: étant donné une vitesse de rotation particulière de la roue, et un couple particulier, il y a une vitesse constante de précession correspondante. Donc: la suggestion que le couple de la gravité est redirigé viole les lois du mouvement.
Pour une discussion sur la mécanique de la précession gyroscopique, voir ma réponse de 2012, la question est intitulée: Qu'est - ce qui détermine la direction de la précession d'un gyroscope?