我们大家都知道,双手把握住飞轮轴的两端,飞轮不旋转时,可以很轻易地调整轴的方位。当飞轮旋转起来,转动越快,调整越难。这个现象的物理本质是什么?先不要说角动量守恒什么的,一定要道出本质。 |
我们大家都知道,双手把握住飞轮轴的两端,飞轮不旋转时,可以很轻易地调整轴的方位。当飞轮旋转起来,转动越快,调整越难。这个现象的物理本质是什么?先不要说角动量守恒什么的,一定要道出本质。 |
飞轮之所以一般做成边缘厚,是因为那里线速度最大,储能最多。那里对转动惯量的贡献也是最大的。假如换个物质,用一个圆形的扁平盒子,里面充满水,也转动起来,这时在边缘的水的动能显然也是比中心的大。假如换做气体,谁能给出正确答案? |
我也试过,但调整并不困难。当你扳动转轴时它只是产生一个侧向力矩,而不是阻力矩;再如骑自行车,不管前轮转动多块,转向拧把都不会发生困难;陀螺自转时当然不会倾倒,且进动自如,没有困难。 |
马先生您好! 这个力矩和静止时感觉不同,静止时不出现的。这是一种抗拒旋转轴方向改变的力矩。您使用的可能是惯量不大的小飞轮,速度也不快,越快越显著。我说的陀螺仪还不是一般咱们小孩玩的用小鞭子抽的那种,是飞机上那种,也有叫回转仪的。自行车轮胎旋转也有这个力矩,只是车把宽度大,力臂长,感觉不出。有的人就把高速旋转的自行车轮的轴一端支撑,另一端悬空,车轮就在高速旋转中不倾倒。 |
对[7楼]: 赵先生好!这个图可以不倒。把它旋转90度,支撑轴的一端它也不倒。 |
各位兄弟,此类现象的动力学机理是很朴素明了的 说穿了就是惯性力矩或曰科氏力矩在起作用 |
旋转的动量轮,沿着每一个切线方向向外分别具有动量。虽然合动量为零,但是如果外力想改变轴的方向时,就是要同时改变沿着切线方向向外的每一个动量。 飞轮速度越大,沿着切线方向向外的每一个动量就越大,改变方向需要的外力就越大。 因此,合动量为零的飞轮改变方向时,难于从真实的零动量轮开始改变方向。 改变角动量的方向,就是需要同时改变沿着切线方向向外的每一个动量,受到阻力大。 |
旋转的动量轮,沿着每一个切线方向向外分别具有动量。虽然合动量为零,但是如果外力想改变轴的方向时,就是要同时改变沿着切线方向向外的每一个动量。 飞轮速度越大,沿着切线方向向外的每一个动量就越大,改变方向需要的外力就越大。
因此,合动量为零的飞轮改变方向时,难于从真实的零动量轮开始改变方向。
改变角动量的方向,就是需要同时改变沿着切线方向向外的每一个动量,因此受到阻力大。 |
对[9楼]说:
朱先生好! 从力学分析角度看是这样的,是惯性力矩也好,就象我们知道万有引力公式却不能道不出万有引力是什么一样。动力学往往给出个宏观表现的总结,却还没说到微观。我想呢,比如把飞轮全部质量都集中到边缘,再把边缘缩成线,再把线缩成点。全部质量集中在距离转轴为r的点上。这个时候改变轴的方向,相当于在质点运动方向的侧面施加一个垂直的力。质点运动速度越大,改变它运动方向的力也就越大。由此我想到,一个做直线运动的物体,如果从侧面施加一个力,使其改变方向,这个力是不是也会随速度增加而增大?速度影响质量是不是用不到高速(如接近光速)时才能体现,低速就能体现出来了? |
对【12楼】说: 对啊!就是这样的,我曾经就是对陀螺进行简化为一个圆环,然后实行积分,当然就是考虑圆环上一小段(即一个质点)来考虑的,就是考虑一个质点具有一定的速度,然后再考虑这个具有一定速度的质点受到法向力 这个质点就会具有改变方向的角速度,这就是所谓的“科氏加速度”……我当然曾经走过这样的具体思维路线 看来 你总是步我的后尘…… |
对【13楼】说: 呵呵!我小您两岁,步一下后尘也是应该的。我这个帖子就是为了和您有关的那个问题而婉转提出的,其中[4楼]就提到了气体。 |
对[11楼]说: 通过分析,质点环绕旋转轴必受一个向心力。这个使轴的方向改变的外力,充当了另外一个向心力。直线运动的质点,如果在运动垂直的方向加一个恒定的力,这个力也充当了向心力。所以飞轮轴上的扭矩,造成了每个质点除了做原有圆周运动外,还叠加了另一个圆周运动。因此向心力随转速平方成正比,这个扭矩也和转速平方成正比。并不是质量随转速增加而增加。 |
对【14楼】说: 这些动力学(含 热动力学)问题已经被鄙人摆弄得淋漓精致已达炉火纯青的地步……胜似闲庭信步 你所提出的问题并没有使我感到耳目一新更没有使我感到措手不及,都是被我曾经着迷过……尔后被清楚地处理完毕且被尘封在“海马”里…… |
对【14楼】说: 这些动力学(含 热动力学)问题已经被鄙人摆弄得淋漓精致已达炉火纯青的地步……胜似闲庭信步 你所提出的问题并没有使我感到耳目一新更没有使我感到措手不及,都是被我曾经着迷过……尔后被清楚地处理完毕且被尘封在“海马”里…… |
根据陀螺进动公式(经典或自创的),进动角速度跟自转角速度成反比。就如快乐大本营的饼先生,好像是9000转/分钟。半径取0.3米,按公式在重力矩作用下约100秒进动一圈。看上去就像不动一样。
至于本质就是惯性,从惯性能推导出科氏力和离心力。陀螺最复杂的是翻身陀螺,这个需要分析摩擦力以及稳定性,本人还没模拟出翻身陀螺的轨迹。 ※※※※※※ 天地之道,以阴阳二气造化万物。是故易有太极,是生两仪。两仪生四象,四象生八卦。 |