Bánh xe chống trọng lực?
Vì vậy, tôi chỉ đang xem một số video YouTube trên một bánh xe quay dường như "bất chấp" trọng lực. Người sáng tạo đã thực hiện hai video trên đó, video đầu tiên hiển thị bánh xe và video thứ hai với nỗ lực giải thích về nó. Có tên của các video:
"Bánh xe chống trọng lực?" bởi Veritasium
"Giải thích về bánh xe chống trọng lực" của Veritasium
Đó là video thứ hai nói riêng khiến tôi khó chịu. Có vẻ như anh ấy có thể nâng bánh xe lên trên đầu khi nó đang quay và xử lý một cách dễ dàng, nhưng khi nó không quay cũng như không quay, thì anh ấy phải vật lộn để nâng trọng lượng qua đầu. Anh ta giải thích điều này bằng cách nào đó mà bánh xe "tự nâng" lên khi anh ta buộc nó phải tuế sai nhanh hơn là tuế sai tự nhiên. Nhưng tôi không thực sự hiểu lời giải thích này. Đối với tôi, có vẻ như nó vi phạm định luật thứ hai của Newton, trong đó nói rằng tổng ngoại lực lên một hệ (bánh xe trong trường hợp này) bằng tổng khối lượng nhân với gia tốc của khối tâm. Bây giờ, khối tâm của bánh xe rõ ràng hướng lên trên, có nghĩa là phải có một lực bên ngoài để nâng nó lên. Do đó, bánh xe không thể tự nâng "lên", vì đó không phải là ngoại lực, chỉ là nội lực.
Tôi nghĩ hiện tượng xảy ra là do lực Magnus (một ngoại lực). Điều đó cũng giải thích tại sao tổng trọng lượng của anh ta không thay đổi nhiều khi bánh xe được nâng lên. Nhưng đó rõ ràng không phải là lời giải thích được đưa ra trong video. Vậy đâu là lời giải thích đúng đắn cho hiện tượng này?
Trả lời
Tôi đồng ý rằng nỗ lực giải thích do Veritasium (Derek Muller) đưa ra là không thuyết phục.
Bây giờ, không đơn giản là làm cho chuyển động nâng bánh xe không quay giống như nâng bánh xe quay. Trong trường hợp bánh xe quay, tốc độ tuế sai là một giá trị cho trước, điều này quyết định nhịp của lực nâng. Derek giữ chân trên mặt đất, anh ta không di chuyển cơ thể để khớp với hướng của thanh, vì vậy trọng lượng chuyển qua nhóm cơ của vai khi anh ta đi qua lực nâng.
Thật vậy, lực cần thiết để nâng bánh xe quay phải bằng lực cần thiết để nâng bánh xe không quay.
(Thử nghiệm xác minh điều đó thực sự khá phức tạp. Tôi đã xem một video về một người đã tạo ra thiết lập mặt bàn, với con quay hồi chuyển thông thường. Số đo của anh ấy xoay lên và xuống một chút, anh ấy phải ở mức trung bình. Derek đã thử nó với bánh xe khổng lồ đó , nhưng thiết lập mà anh ấy sử dụng không đủ ổn định.)
Dù sao, phỏng đoán tốt nhất của tôi là khi nâng bánh xe quay, cánh tay của Derek đang di chuyển so với cơ thể của anh ấy, chuyển tải từ cơ này sang cơ khác, trong khi trong lần nâng kia, anh ấy chỉ giết chết một cơ cụ thể. Anh ấy thực sự nên cố gắng tái tạo luồng chuyển động đó với một quả tạ để nâng một tay.
Tôi vừa mới tập thử với tạ để nâng một tay. Nâng bằng cánh tay phải của tôi, tôi duy trì chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ của thanh tạ. Nâng thanh tạ có thể thực hiện được theo cách đó. Sau đó, tôi thử nâng bằng cánh tay ở một góc cố định so với cơ thể. Điều đó khó hơn đáng kể. Dự đoán tốt nhất của tôi: ở các góc ngang khác nhau so với cơ thể, bắp tay của bạn có góc đòn bẩy tối ưu theo chiều dọc khác nhau. Có lẽ điều đó phụ thuộc vào vị trí của các cơ bám. Rõ ràng là nó xảy ra như vậy khi vòng quay diễn ra theo một con đường mà tất cả dọc theo thang máy bạn có đòn bẩy tốt. Ngược lại, nếu bạn cố gắng nâng bằng cánh tay của mình ở một góc ngang không đổi so với cơ thể, chắc chắn bạn sẽ chạm vào một góc thẳng đứng với lực đòn bẩy kém.
Nhận xét bổ sung (3 giờ sau khi gửi câu trả lời này lần đầu):
Derek Muller đề cập: nếu bạn có một bánh xe con quay hồi chuyển với trục quay trong mặt phẳng nằm ngang (do đó bạn nhận được một mô-men xoắn từ trọng lực), thì khi bạn đẩy để cung cấp cho bánh xe một thặng dư trên chuyển động tiền xử lý tự nhiên bánh xe sẽ leo lên. (Ngược lại, khi bạn đẩy ngược lại chuyển động tịnh tiến tự nhiên, bánh xe sẽ hạ xuống.) Derek đưa ra lời giải thích khả thi cho lý do tại sao bạn cảm thấy việc nâng bánh xe quay ít khó hơn.
Giải thích được đề xuất này không hoạt động. Lý do cho điều đó: ngay khi bạn ngừng đẩy, điều này sẽ xảy ra: tỷ lệ tuế sai của bánh xe quay trở lại tỷ lệ tuế sai tự nhiên. Ngoài ra, nếu Derek không thúc ép gì cả, nếu anh ta chỉ cần thận trọng nhả ra, bánh xe sẽ tự đi vào tỷ lệ tuế sai tự nhiên.
Nói chung: Cánh tay đẩy của Derek có thể hỗ trợ cánh tay nâng một chút, nhưng sự hỗ trợ đó sẽ hết khi cánh tay đẩy nhả ra. Tại thời điểm đó, bánh xe vẫn ở dưới mức khuỷu tay của Derek.
Ngẫu nhiên, lỗi này không tự tồn tại Có một video khác của Derek về tuế sai con quay hồi chuyển có lỗi.
Video về tuế sai con quay hồi chuyển 2:47 vào video
Điều gì sẽ xảy ra nếu tôi chỉ buông tay sau khi tôi đã quay tốt bánh xe đạp trong trường hợp đó bánh xe đạp đã có mômen động lượng theo cách này và do đó, một mômen đẩy theo hướng đó thực sự sẽ xoay mômen động lượng này theo hướng đó
(Để tránh hiểu lầm: Derek không phải là người duy nhất đưa ra yêu cầu này; yêu cầu này không bắt nguồn từ anh ta.)
Đề xuất là mô-men xoắn từ trọng lực đang được chuyển hướng , gây ra một tuế sai thay vì gia tốc hướng xuống. Vấn đề là: nếu đúng như vậy thì tuế sai sẽ tăng tốc; một lực duy trì gây ra gia tốc. Nhưng như chúng ta đã biết: với một tốc độ quay cụ thể của bánh xe và một mô-men xoắn cụ thể, sẽ có một tốc độ tuế sai không đổi tương ứng. Vì vậy: gợi ý rằng mô-men xoắn từ trọng lực đang được chuyển hướng vi phạm quy luật chuyển động.
Đối với cuộc thảo luận về cơ học của tuế sai con quay hồi chuyển, hãy xem câu trả lời năm 2012 của tôi, câu hỏi có tiêu đề: Điều gì xác định hướng của tuế sai con quay hồi chuyển?