Антигравитационное колесо?
Так что я просто смотрел несколько видеороликов на YouTube на вращающемся колесе, которое, казалось, «бросает вызов» гравитации. Создатель снял на нее два видеоролика, в первом показано колесо, а во втором - попытка объяснить его. Вот названия видео:
"Антигравитационное колесо?" автор: Veritasium
«Объяснение антигравитационного колеса» от Veritasium
Меня особенно беспокоит второе видео. Кажется, что он может поднять колесо над головой, пока оно вращается и прецессирует с легкостью, но когда оно не вращается и не прецессирует, тогда он изо всех сил пытается поднять вес над головой. Он объясняет это тем, что колесо каким-то образом «поднимается» вверх, заставляя его прецессировать быстрее, чем это происходит при естественной прецессии. Но я не совсем понимаю это объяснение. Мне кажется, что это нарушает второй закон Ньютона, который гласит, что общая внешняя сила, действующая на систему (в данном случае на колесо), равна общей массе, умноженной на ускорение центра масс. Теперь центр масс колеса явно направлен вверх, а это означает, что внешняя сила должна его поднять. Следовательно, колесо не может подниматься «само», потому что это не внешняя сила, а только внутренние силы.
Я думал, что это явление произошло из-за силы Магнуса (внешней силы). Это также объясняет, почему его общий вес не сильно изменился, когда колесо было поднято. Но это явно не объяснение, данное в видео. Так как же можно объяснить это явление?
Ответы
Я согласен с тем, что попытка объяснения, предложенная Veritasium (Дерек Мюллер), неубедительна.
Теперь непросто сделать движение подъема невращающегося колеса таким же, как подъем прялки. В случае прялки скорость прецессии является заданной, которая определяет ритм подъема. Дерек держит ноги на земле, он не двигает своим телом, чтобы соответствовать ориентации штанги, поэтому вес смещается через группу мышц его плеча, когда он выполняет подъем.
Действительно, сила, необходимая для подъема прялки, должна быть такой же, как сила, необходимая для подъема невращающегося колеса.
(Экспериментальная проверка этого на самом деле довольно сложна. Я видел видео человека, который создал настольную установку с обычным гироскопом. Его показания немного колебались вверх и вниз, ему пришлось усреднить. Дерек пробует это с этим гигантским колесом , но используемая им установка недостаточно стабильна.)
В любом случае, я могу предположить, что при подъеме прялки рука Дерека движется относительно его тела, перемещая нагрузку с мышцы на мышцу, тогда как в другом подъеме он просто убивает одну конкретную мышцу. Ему действительно следовало попытаться воспроизвести этот поток движений со штангой для подъема одной рукой.
Я только что пробовал это со штангой для подъема одной рукой. Поднимая правой рукой, я продолжал вращать штангу по часовой стрелке. Так можно было поднять штангу. Затем я попытался поднять руку под фиксированным углом к моему телу. Это было значительно труднее. Мое лучшее предположение: под разными горизонтальными углами к вашему телу ваше плечо имеет другой вертикальный угол оптимального рычага. Предположительно, это зависит от места прикрепления мышц. Очевидно, так получилось, что вращение идет по пути, по которому на всем протяжении подъема у вас есть хорошие рычаги. И наоборот, если вы попытаетесь поднять руку под постоянным горизонтальным углом к телу, вы неизбежно столкнетесь с вертикальным углом с плохим рычагом.
Дополнительные замечания (через 3 часа после первоначального представления этого ответа):
Дерек Мюллер упоминает: если у вас есть колесо гироскопа с осью вращения в горизонтальной плоскости (следовательно, вы получаете крутящий момент от силы тяжести), тогда, когда вы нажимаете, чтобы дать колесу при превышении естественного прецессионного движения колесо будет подниматься. (И наоборот, когда вы нажимаете против естественного прецессирующего движения, колесо опускается.) Дерек предлагает это в качестве возможного объяснения того, почему кажется, что подгибать прялку легче.
Предлагаемое объяснение не работает. Причина этого: в тот самый момент, когда вы прекращаете толкать, это происходит: скорость прецессии колеса возвращается к естественной скорости прецессии. Кроме того, если Дерек вообще не будет толкать, если он просто осторожно отпустит колесо, колесо само перейдет в естественную скорость прецессии.
В целом: толкающая рука Дерека может немного помочь подъемной руке, но эта помощь прекращается, когда толкающая рука отпускается. В этот момент колесо все еще находится ниже уровня локтей Дерека.
Кстати, эта ошибка сама по себе не стоит. Есть еще одно видео Дерека о гироскопической прецессии с ошибкой.
Видео о гироскопической прецессии 2:47 в видео
что произойдет, если я отпущу только после того, как я уже раскрутил нишу велосипедного колеса, в этом случае у велосипедного колеса уже будет угловой момент таким образом, и поэтому крутящий момент, толкающий в этом направлении, фактически поворачивает этот угловой момент вокруг этого
(Во избежание недоразумений: не только Дерек делает это заявление; утверждение исходит не от него.)
Предполагается, что крутящий момент от силы тяжести перенаправляется , вызывая прецессию вместо ускорения вниз. Проблема в том, что если бы это было так, то прецессия ускорилась бы; постоянная сила вызывает ускорение. Но, как мы знаем: при определенной скорости вращения колеса и конкретном крутящем моменте существует соответствующая постоянная скорость прецессии. Итак: предположение, что крутящий момент от гравитации перенаправляется, нарушает законы движения.
Для обсуждения механики гироскопической прецессии см. Мой ответ 2012 года, вопрос озаглавлен: Что определяет направление прецессии гироскопа?