반 중력 휠?
그래서 저는 중력을 "거부"하는 것처럼 보이는 회전하는 바퀴에서 유튜브 비디오를보고있었습니다. 제작자는 두 개의 동영상을 만들었는데, 첫 번째는 바퀴를 보여주고 두 번째는 설명을 시도했습니다. 비디오의 이름이 있습니다.
"반 중력 휠?" Veritasium 제작
Veritasium의 "Anti-Gravity Wheel Explained"
특히 저를 괴롭히는 두 번째 영상입니다. 쉽게 회전하고 세차하는 동안 바퀴를 머리 위로 들어 올릴 수있는 것처럼 보이지만, 회전하거나 세차하지 않을 때는 머리 위로 무게를 들어 올리기 위해 고군분투합니다. 그는 이것이 자연적인 세차 운동보다 더 빨리 세차를하도록 강요 할 때 바퀴가 "자체를 들어 올리는"것이라고 설명합니다. 그러나 나는이 설명을 정말로 이해하지 못한다. 나에게는 그것이 시스템 (이 경우 바퀴)의 총 외력이 질량 중심 가속도의 총 질량과 같다는 뉴턴의 두 번째 법칙을 위반하는 것처럼 보입니다. 이제 바퀴의 질량 중심이 명확하게 위로 올라갑니다. 즉, 바퀴를 들어 올리는 힘이 필요합니다. 따라서 바퀴는 "자체"를 들어 올릴 수 없습니다. 왜냐하면 그것은 외부 힘이 아니라 단지 내부 힘이기 때문입니다.
매그너스 힘 (외부 힘) 때문에 이런 현상이 일어난다 고 생각했습니다. 그것은 또한 바퀴를 들어 올렸을 때 그의 총 무게가 많이 변하지 않은 이유를 설명합니다. 그러나 그것은 분명히 비디오에 주어진 설명이 아닙니다. 그렇다면이 현상에 대한 올바른 설명은 무엇입니까?
답변
Veritasium (Derek Muller)이 제공 한 설명 시도가 설득력이 없다는 데 동의합니다.
이제 회전하지 않는 바퀴를 들어 올리는 동작을 회전하는 바퀴를 들어 올리는 것과 동일하게 만드는 것은 간단하지 않습니다. 회전하는 바퀴의 경우 세차 운동 속도가 주어지며, 이는 리프트의 리듬을 나타냅니다. Derek은 발을 바닥에 유지하고 바의 방향과 일치하도록 몸을 움직이지 않으므로 리프트를 통과 할 때 무게가 어깨의 근육 그룹 위로 이동합니다.
실제로 회전하는 바퀴를 들어 올리는 데 필요한 힘은 회전하지 않는 바퀴를 들어 올리는 데 필요한 힘과 동일해야합니다.
(그것에 대한 실험적 검증은 실제로 다소 까다 롭습니다. 일반 자이로 스코프를 사용하여 테이블 톱 설정을 만든 사람의 비디오를 봤습니다. 그의 측정 값이 약간 위아래로 흔들렸고 평균을 내야했습니다. Derek은 그 거대한 바퀴로 시도해 봅니다. ,하지만 그가 사용하는 설정이 충분히 안정적이지 않습니다.)
어쨌든, 제 추측으로는 회전하는 바퀴를 들어 올릴 때 Derek의 팔이 그의 몸에 상대적으로 움직여서 근육에서 근육으로 하중을 이동시키는 반면, 다른 들어 올리기에서는 그는 단지 하나의 특정 근육을 죽이는 것입니다. 그는 한 손으로 들어 올리는 바벨로 그 움직임의 흐름을 재현하려고 정말로 노력 했어야했습니다.
한 손으로 들어 올리기 위해 바벨로 시도했습니다. 오른팔로 들어올 리면서 나는 바벨을 시계 방향으로 회전시켰다. 바벨을 들어 올리는 것은 그렇게 할 수있었습니다. 그런 다음 팔을 몸에 고정 된 각도로 들어 올리려고했습니다. 그것은 훨씬 더 어려웠습니다. 내 추측으로는 신체와 다른 수평 각도에서 상완의 최적 레버리지 수직 각도가 다릅니다. 아마도 그것은 근육 부착의 위치에 달려 있습니다. 분명히 회전은 리프트를 따라 좋은 레버리지를 갖는 경로를 취합니다. 반대로 팔을 몸에 일정한 수평 각도 로 들어 올리려고 하면 필연적으로 낮은 레버리지로 수직 각도를 치게됩니다.
추가 설명 (이 답변을 처음 제출 한 지 3 시간 후) :
Derek Muller는 다음과 같이 언급합니다. 수평면에 회전축이있는 자이로 스코프 휠이있는 경우 (따라서 중력으로부터 토크를 얻음) 휠을 밀 때 자연적인 세차 운동 이상의 잉여는 휠이 올라갈 것입니다. (반대로, 자연적인 세차 운동에 대항하여 밀면 바퀴가 내려갑니다.) Derek은 회전 바퀴를 들어 올리는 것이 덜 힘들다는 느낌을받는 이유에 대한 가능한 설명을 제공합니다.
이 제안 된 설명이 작동하지 않습니다. 그 이유는 바로 당신이 밀기를 멈추는 순간에 일어나는 일입니다. 바퀴의 세차 운동 속도는 자연 세차 운동 속도로 돌아갑니다. 또한 Derek이 전혀 밀지 않고 단순히 조심스럽게 놓아 주면 바퀴가 자체적으로 자연 세차 속도로 이동합니다.
전체적으로 : Derek의 푸싱 암은 리프팅 암을 약간 지원할 수 있지만 푸싱 암이 해제되면 그 지원이 중단됩니다. 그 시점에서 휠은 여전히 Derek의 팔꿈치 수준 아래에 있습니다.
덧붙여서,이 오류는 저절로 존재하지 않습니다. 오류가있는 자이로 스코프 세차 운동에 대한 Derek의 또 다른 비디오가 있습니다.
자이로 스코픽 세차 운동 에 대한 비디오 2:47 비디오로
내가 이미 자전거 바퀴를 잘 돌린 후에 만 놓으면 자전거 바퀴가 이미 이런 식으로 각운동량을 가지게되므로 그 방향으로 밀고있는 토크는 실제로이 각운동량을 그 방향으로 회전시킵니다
(오해를 피하기 위해 : Derek이이 주장을하는 유일한 사람이 아닙니다. 주장은 그에게서 나온 것이 아닙니다.)
제안은 중력의 토크가 방향 이 바뀌어 하향 가속 대신 세차 운동을 유발한다는 것 입니다. 문제는 다음과 같습니다. 만약 그렇다면 세차 운동이 가속화 될 것입니다. 지속적인 힘은 가속을 유발합니다. 그러나 우리가 아는 바와 같이, 휠의 특정 회전 속도와 특정 토크가 주어지면 해당하는 일정한 세차 속도가 있습니다. 따라서 중력의 토크가 방향 전환 된다는 제안 은 운동 법칙을 위반합니다.
자이로 스코프 세차 운동의 역학에 대한 논의는 내 2012 년 답변을 참조하십시오. 질문 제목은 다음과 같습니다. 자이로 스코프 세차 방향을 결정하는 것은 무엇입니까?