陀螺仪受力分析图 高速自旋陀螺的重力会变小是真实的吗?
高速自旋陀螺的重力会变小是真实的吗?
原来,我不想回答。没想到答案只是一群恶魔
高速陀螺仪的重力不会降低。我知道当有人看了问题中的图片后,他可能会直观地感觉到,“顶部怎么能不受重力影响而坠落呢?但是,事实并非如此。陀螺与平面的夹角可以用角动量守恒来解释,圆周运动可以用进动来解释。这些问题在经典力学领域可以得到很好的解决。
我们知道当一个物体旋转时,我们可以计算它的角动量,这是一个矢量。由于空间的旋转不变性,没有外力矩,角动量是不变的。
在问题中给出的图片中,顶部似乎没有下降,但实际上下降的速度非常慢。也就是说,基座和重力一直在向陀螺仪施加力矩,但由于角动量的存在,力矩每短时间只能使角动量的方向发生轻微的变化(基本上垂直于陀螺仪表面)。当角动量特别大时,重力产生的力矩相对较小,对陀螺仪的影响也很小,似乎没有变化。
现在许多仪器使用陀螺仪来测量自己的旋转,使用这个原理。一些卫星还使用陀螺仪微调其姿态。我以前回答过火箭姿态调整的问题,有一个意见是使用陀螺仪。实际上,陀螺仪的调节能力与其质量成正比。火箭是一种“发射一公斤物体需要一公斤黄金”的运载工具,它不会使用太重的陀螺仪,因此它不主要用于调整。
类似的例子是自行车。根据许多书,自行车不能倒下来的原因是轮胎相当于两个陀螺仪,并且由于角动量守恒而保持稳定。但事实上,这是不对的。自行车轮胎的角动量很小,对行驶几乎没有影响。还有科学家在轮子上安装了反向运动的圆盘,以抵消角动量,但人还是可以保持平衡的。所以它实际上是人类操纵和控制的结果。
陀螺仪保持不倒的物理学原理是什么?还有陀螺仪有哪些方面的应用?
陀螺仪不掉下来的原因是陀螺仪在旋转,而且有角动量。所以我们得到第一个结论:1。如果顶端停止转动,它就会掉下来。
为什么不旋转的陀螺仪会坠落?原因是:2。重力使顶部下降。
有了以上两个基本知识,我们就可以详细谈谈了。如果有些读者学过物理系的理论力学或分析力学,那么问题就很简单了。
旋转陀螺仪具有角动量,角动量是矢量。如果陀螺仪落下,角动量矢量的方向就会改变。你需要改变这个角动量,你需要一点时间。从基本量纲分析可以看出,角动量对时间的导数等于矩。
我们来看看重力矩是如何影响螺旋角动量的。
通过简单的数学分析,可以看出重力矩可以改变螺旋旋转的角动量方向,使整个陀螺仪进动。所以,我们可以看到陀螺仪在旋转和进动。重力就是这么做的,但重力不能做功。
我们通常说角动量守恒定律是在没有外力矩的情况下,角动量对时间的导数等于零。对于陀螺仪,角动量不守恒,因为有重力矩,所以角动量对时间的导数等于重力矩。只要你学一点数学,你就能理解这一点。但重力力矩并不能使陀螺仪翻滚,它只能改变角动量的方向。
陀螺仪广泛应用于飞机和潜艇。它可以用来导航。陀螺仪还可以用来测量角度、经度和纬度,应用广泛。
陀螺仪的本质是一个刚体。刚体运动的一般规律可参照欧拉刚体运动方程。可以参考的名著是阿诺德的《理论力学的数学方法》——这本书用微分几何和拓扑学分析刚体的运动规律,对陀螺仪的描述也非常深刻。
陀螺仪的力学原理是什么?
肺活量计是根据角动量守恒原理设计的一种用于感知和保持方向的装置。陀螺仪主要由位于轴上的可旋转转子组成。一旦陀螺仪开始转动,它就倾向于抵抗由于转子角动量引起的方向改变。
高速旋转物体的旋转轴倾向于垂直于改变其方向的外力。此外,当旋转物体横向倾斜时,重力作用方向是倾斜增加的方向,而轴线垂直移动,产生摇头运动(进动)。陀螺经纬仪的陀螺旋转轴在水平轴上旋转时,由于地球的自转,受到垂直旋转力的作用,陀螺旋转器在水平面上产生向子午线方向的进动。当轴线平行于子午线且静止时可使用。
陀螺仪的力学原理是什么?
例如,惯性导航系统惯性导航系统=测量加速度的仪器(加速计)和测量三个方位角的工具(陀螺仪)。如果安装在飞机内部控制飞行,则可以在不接收外部控制信号的情况下进行自主导航。根据角动量守恒原理设计了陀螺仪的机械原理。陀螺仪主要由位于轴上的可旋转转子组成。一旦陀螺仪开始转动,它就倾向于抵抗由于转子角动量引起的方向改变。陀螺仪常用于导航、定位等系统,如移动GPS定位导航、卫星三轴陀螺仪定位等。陀螺仪基本上是利用物体高速旋转时角动量很大,旋转轴始终稳定指向某一方向的特性制成的定向仪器。但它必须转得足够快,或者有足够的惯性(或角动量)。否则,只要很小的一瞬间,就会严重影响其稳定性。陀螺仪:是利用高速旋转物体的动量矩来感知壳体绕与旋转轴正交的一个或两个轴的相对惯性空间的角运动检测装置。基于其他原理的具有相同功能的角运动检测装置,也称为陀螺仪。----程明,理学教育分类硕士
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