Ruota antigravitazionale?
Quindi stavo solo guardando alcuni video di YouTube su una ruota che gira che sembrava "sfidare" la gravità. Il creatore ha realizzato due video su di esso, il primo che mostra la ruota e il secondo nel tentativo di spiegarlo. Ci sono i nomi dei video:
"Ruota antigravità?" di Veritasium
"Anti-Gravity Wheel Explained" di Veritasium
È il secondo video in particolare che mi dà fastidio. Sembra che riesca a sollevare la ruota sopra la sua testa mentre gira e precessione con facilità, ma quando non gira né precessa, allora fatica a sollevare il peso sopra la sua testa. Spiega questo come in qualche modo la ruota "si solleva" mentre la costringe a precessione più velocemente della sua precessione naturale. Ma non capisco davvero questa spiegazione. A me sembra che violi la seconda legge di Newton, che afferma che la forza esterna totale su un sistema (la ruota in questo caso) è uguale alla massa totale moltiplicata per l'accelerazione del centro di massa. Ora, il centro di massa della ruota va chiaramente verso l'alto, il che significa che una forza esterna deve sollevarlo. Pertanto, la ruota non può sollevare "se stessa", poiché questa non è una forza esterna, ma solo forze interne.
Pensavo che il fenomeno fosse dovuto alla forza Magnus (una forza esterna). Ciò spiegherebbe anche perché il suo peso totale non è cambiato molto quando la ruota è stata sollevata. Ma questa non è chiaramente la spiegazione fornita nel video. Allora qual è la giusta spiegazione per questo fenomeno?
Risposte
Sono d'accordo che il tentativo di spiegazione offerto da Veritasium (Derek Muller) non sia convincente.
Ora, non è semplice rendere il movimento di sollevamento della ruota che non gira uguale a quello del sollevamento della ruota che gira. Nel caso della ruota che gira il tasso di precessione è un dato, che determina il ritmo dell'ascensore. Derek tiene i piedi per terra, non sta muovendo il suo corpo per abbinare l'orientamento della barra, quindi il peso si sposta sul gruppo muscolare della sua spalla durante il sollevamento.
In effetti, la forza richiesta per sollevare la ruota che gira deve essere la stessa della forza richiesta per sollevare la ruota che non gira.
(La verifica sperimentale di ciò è in realtà piuttosto complicata. Ho visto un video di qualcuno che ha creato una configurazione da tavolo, con un normale giroscopio. La sua lettura delle misurazioni è oscillata un po 'su e giù, ha dovuto fare la media. Derek lo prova con quella ruota gigante , ma la configurazione che usa non è abbastanza stabile.)
Comunque, la mia ipotesi migliore è che nel sollevare la ruota che gira il braccio di Derek si muova rispetto al suo corpo, spostando il carico da muscolo a muscolo, mentre nell'altro sollevamento sta solo uccidendo un muscolo in particolare. Avrebbe davvero dovuto provare a replicare quel flusso di movimento con un bilanciere per il sollevamento con una sola mano.
L'ho appena provato con un bilanciere per il sollevamento con una sola mano. Sollevando con il braccio destro ho mantenuto una rotazione in senso orario del bilanciere. Sollevare il bilanciere era fattibile in quel modo. Poi ho provato a sollevare il braccio con un angolo fisso rispetto al corpo. Questo è stato significativamente più difficile. La mia ipotesi migliore: a diversi angoli orizzontali rispetto al corpo, la parte superiore del braccio ha un diverso angolo verticale di leva ottimale. Presumibilmente ciò dipende dal posizionamento degli attaccamenti muscolari. A quanto pare accade così che la rotazione prenda un percorso in cui lungo tutta la portanza si ha una buona leva. Al contrario, se provi a sollevare il braccio con un angolo orizzontale costante rispetto al corpo, inevitabilmente colpirai un angolo verticale con scarsa leva.
Osservazioni aggiuntive (3 ore dopo la presentazione iniziale di questa risposta):
Derek Muller menziona: se hai una ruota giroscopica con l'asse di rotazione sul piano orizzontale (quindi ottieni una coppia dalla gravità), allora quando spingi per dare alla ruota un eccedenza rispetto al movimento di precessione naturale la ruota salirà. (Al contrario, quando spingi contro il movimento di precessione naturale, la ruota scenderà.) Derek lo offre come possibile spiegazione del motivo per cui sembra che sollevare la ruota che gira sia meno difficile.
Questa spiegazione suggerita non funziona. La ragione di ciò: nell'istante in cui smetti di spingere, accade: il tasso di precessione della ruota torna al tasso di precessione naturale. Inoltre, se Derek non spingesse affatto, se rilasciasse semplicemente con cautela la ruota entrerà da sola nel tasso di precessione naturale.
In tutto: il braccio di spinta di Derek può aiutare un po 'il braccio di sollevamento, ma quell'assistenza cessa quando il braccio di spinta si rilascia. A quel punto la ruota è ancora sotto il livello dei gomiti di Derek.
Per inciso, questo errore non regge da solo C'è un altro video di Derek sulla precessione giroscopica con un errore.
Video sulla precessione giroscopica 2:47 nel video
cosa succede se lascio andare solo dopo aver già fatto girare bene la ruota della bicicletta in quel caso la ruota della bicicletta avrebbe già un momento angolare in questo modo e quindi una coppia che spinge in quel modo oscilla effettivamente questo momento angolare in quel modo
(Per evitare malintesi: Derek non è l'unico a fare questa affermazione; l'affermazione non ha origine da lui.)
Il suggerimento è che la coppia dalla gravità venga reindirizzata , provocando una precessione invece di un'accelerazione verso il basso. Il problema è: se così fosse, la precessione accelererebbe; una forza sostenuta provoca l'accelerazione. Ma come sappiamo: data una particolare velocità di rotazione della ruota, e una particolare coppia, c'è una corrispondente velocità costante di precessione. Quindi: il suggerimento che la coppia dalla gravità venga reindirizzata viola le leggi del movimento.
Per una discussione sulla meccanica della precessione giroscopica, vedere la mia risposta del 2012, la domanda è intitolata: cosa determina la direzione della precessione di un giroscopio?