Roda antigravidade?
Então, eu estava apenas assistindo a alguns vídeos no YouTube em uma roda giratória que parecia "desafiar" a gravidade. O criador fez dois vídeos sobre ela, o primeiro mostrando a roda e o segundo tentando explicá-la. Aqui estão os nomes dos vídeos:
"Roda anti-gravidade?" por Veritasium
"Roda anti-gravidade explicada" por Veritasium
É o segundo vídeo em particular que me incomoda. Parece que ele pode levantar a roda acima da cabeça enquanto ela está girando e precessando com facilidade, mas quando não está girando nem precessando, ele se esforça para levantar o peso sobre a cabeça. Ele explica isso como de alguma forma a roda "levantando-se" enquanto ele a força a precessão mais rápido do que a precessão natural. Mas eu realmente não entendo essa explicação. Para mim, parece que isso viola a segunda lei de Newton, que afirma que a força externa total em um sistema (a roda, neste caso) é igual à massa total vezes a aceleração do centro de massa. Agora, o centro de massa da roda sobe claramente, o que significa que uma força externa tem que levantá-la. Portanto, a roda não pode se levantar "por si mesma", pois não há força externa, apenas forças internas.
Achei que o fenômeno acontecesse por causa da força Magnus (uma força externa). Isso também explicaria por que seu peso total não mudou muito quando a roda foi levantada. Mas essa não é claramente a explicação dada no vídeo. Então, qual é a explicação certa para esse fenômeno?
Respostas
Concordo que a tentativa de explicação oferecida por Veritasium (Derek Muller) não é convincente.
Agora, não é simples tornar o movimento de levantar a roda que não gira o mesmo que levantar a roda que não gira. No caso da roda giratória, a taxa de precessão é dada, que dita o ritmo da sustentação. Derek mantém os pés no chão, ele não está movendo seu corpo para coincidir com a orientação da barra, então o peso se desloca sobre o grupo de músculos de seu ombro enquanto ele faz o levantamento.
Na verdade, a força necessária para levantar a roda que gira deve ser a mesma que a força necessária para levantar a roda que não está girando.
(A verificação experimental disso é na verdade bastante complicada. Eu vi um vídeo de alguém que criou uma configuração de mesa, com giroscópio normal. Sua leitura de medição oscilou um pouco para cima e para baixo, ele teve que fazer a média. Derek experimenta com aquela roda gigante , mas a configuração que ele usa não é estável o suficiente.)
De qualquer forma, meu melhor palpite é que, ao levantar a roda giratória, o braço de Derek está se movendo em relação ao seu corpo, transferindo a carga de um músculo para outro, enquanto no outro levantamento ele está apenas matando um músculo em particular. Ele realmente deveria ter tentado replicar aquele fluxo de movimento com uma barra para levantamento com uma mão.
Eu apenas tentei com uma barra para levantá-la com uma mão. Levantando com meu braço direito, mantive uma rotação no sentido horário da barra. Erguer a barra era possível dessa forma. Em seguida, tentei levantar o braço em um ângulo fixo em relação ao corpo. Isso foi significativamente mais difícil. Meu melhor palpite: em diferentes ângulos horizontais de seu corpo, seu braço tem um ângulo vertical diferente de alavanca ideal. Presumivelmente, isso depende da localização das ligações musculares. Aparentemente, acontece que a rotação toma um caminho onde ao longo de todo o levantamento você tem uma boa alavanca. Por outro lado, se você tentar levantar com o braço em um ângulo horizontal constante com o corpo, inevitavelmente atingirá um ângulo vertical com pouca alavancagem.
Observações adicionais (3 horas após o envio inicial desta resposta):
Derek Muller menciona: se você tem uma roda de giroscópio com o eixo de rotação no plano horizontal (portanto, você obtém um torque da gravidade), então quando você empurra para dar à roda um excedente acima do movimento natural de precessão em que a roda subirá. (Por outro lado, quando você empurra contra o movimento natural de precessão, a roda desce.) Derek oferece isso como uma possível explicação para a sensação de que erguer a roda giratória é menos difícil.
Esta explicação sugerida não funciona. A razão para isso: no exato instante em que você para de empurrar, isso acontece: a taxa de precessão da roda volta à taxa de precessão natural. Além disso, se Derek não empurrasse nada, se ele simplesmente soltasse com cuidado, a roda entraria na taxa de precessão natural por conta própria.
Ao todo: o braço de empurrar de Derek pode ajudar um pouco o braço de levantamento, mas essa assistência cessa quando o braço de empurrar se solta. Nesse ponto, a roda ainda está abaixo do nível dos cotovelos de Derek.
A propósito, esse erro não se sustenta sozinho. Há outro vídeo de Derek sobre precessão giroscópica com erro.
Vídeo sobre a precessão giroscópica 2:47 no vídeo
o que aconteceria se eu apenas soltasse depois de já ter girado bem a roda da bicicleta, nesse caso a roda da bicicleta já teria momento angular desta forma e então um torque empurrando dessa forma realmente oscila esse momento angular ao redor dessa forma
(Para evitar mal-entendidos: Derek não é o único a fazer essa afirmação; a afirmação não se origina dele.)
A sugestão é que o torque da gravidade está sendo redirecionado , causando uma precessão em vez de uma aceleração para baixo. O problema é: se fosse esse o caso, a precessão se aceleraria; uma força sustentada causa aceleração. Mas, como sabemos: dada uma determinada taxa de giro da roda e um determinado torque, há uma taxa constante correspondente de precessão. Portanto: a sugestão de que o torque da gravidade está sendo redirecionado viola as leis do movimento.
Para uma discussão sobre a mecânica da precessão giroscópica, veja minha resposta de 2012, a pergunta é intitulada: O que determina a direção da precessão de um giroscópio?