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高速旋转的飞轮为什么转动轴很难搬动,其物理本质是什么?
[楼主] 作者:王普霖  发表时间:2013/03/10 01:57
点击:1255次

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。
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 [2楼]  作者:马国梁  发表时间: 2013/03/11 14:42 

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[楼主]  [3楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/03/11 15:27 

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[楼主]  [4楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/03/11 16:56 

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?
 [5楼]  作者:马国梁  发表时间: 2013/03/11 19:42 

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[楼主]  [6楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/03/11 20:04 

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 [7楼]  作者:赵向阳  发表时间: 2013/03/11 21:13 

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[楼主]  [8楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/03/11 21:24 

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。
 [9楼]  作者:541218  发表时间: 2013/03/11 22:03 

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
 [10楼]  作者:新能源新科技  发表时间: 2013/03/11 22:25 

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 [11楼]  作者:新能源新科技  发表时间: 2013/03/11 22:33 

      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。

[楼主]  [12楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/03/11 22:51 

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 [13楼]  作者:541218  发表时间: 2013/03/12 00:00 

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……
[楼主]  [14楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/03/12 00:19 

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[楼主]  [15楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/03/12 01:33 

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 [16楼]  作者:541218  发表时间: 2013/03/12 10:08 

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……

 [17楼]  作者:541218  发表时间: 2013/03/12 10:11 

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 [18楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2013/03/12 17:53 

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。

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