Categories
Podcasts Stiinta YouTube

F@TC #011 – Secretul titirezului [audio + video]

secretul-titirezului-thumb

Titirezul este un giroscop cu care ne-am jucat în copilărie. Puțini știu că are două mișcări: una de rotație in jurul axei proprii si alta de rotație a axei, numită precesie.

Despre titirez și giroscop ne povestește domnul Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Același principiu al giroscopului se aplică și în cazul planetei noastre. Pământul are o perioadă de precesie de 26 000 de ani.

Dacă este vorba să luăm cazul unei roți de biciletă în mișcare vom observa că avem echilibru mai mare dacă rotim cât mai repede roata. Atunci când roata se rotește ea face două mișcări: cea de rotație în jurul axului de care este prinsă, dar se rotește într-o parte datorită precesiei.

În cazul precesiei giroscopice, ace mișcare a axului titirezului, dacă aplicăm cele aflate în filmul de mai jos în cazul roții de biciletă atunci observăm următoarele lucruri:
1. când roata este prinsă de un capăt al axului si rotită în sens retrograd apare un moment cinetic care ar trage după sine roata în lungul axului
2. dat fiind că asupra roții actionează și greutatea, apare mișcarea de precesie. Cu alte cuvinte, apare o mișcare a roții în direcție perpendiculară pe planul format de greutate și momemntul cinetic.

Giroscoapele sunt folosite în avioane, telefoane și nave maritime. O formulă de interes este cea subliniată de Conf. Dr. Nicolae Cretu:
omega-precesie
(formulă via MathURL.com)
ωp – viteza unghiulară precesie
r- raza roții
m – masa roții
g – accelerația gravitatională
ωp – viteza unghiulară a roții în jurul axului
I = m * r^2 , momentul de inerție

Ca să micșorezi mișcarea de precesie, adică înclinarea axului titirezului ori deplasarea roții în lateral, tu fie ai nevoie de o viteză de rotire mai mare a roții sau titirezului (ωp), fie trebuie să ai o masă mai mare aplicată (vezi I).

Inclusiv planeta noastră are o mișcare de precesie cu perioada de 26 000 de ani. Acest lucru înseamnă că în câteva mii de ani Steaua Polară nu va mai fi steaua nordului, după care ne orientăm acum.

Despre precesia giroscopică poți învăța și din acest video:

Pentru varianta AUDIO: Subscribe in iTunes
—————-

Surse:
– giroscop – http://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope
– precesie – http://en.wikipedia.org/wiki/Precession
– moment cinetic – http://en.wikipedia.org/wiki/Angular_momentum

Categories
Stiinta

Anti-gravitație sau fizică simplă? Precesia giroscopică datorată momentului forței


Derek Muller, ce are canalul YouTube Veritasium, a făcut o demonstrație interesantă a momentului forței prin accea că a reușit să ridice deasupra capului o bară și o roată metalică, ambele în greutate de 19 kg, după ce acea roată a fost rotită la câteva mii de rotații pe minut. Altfel, el nu ar fi putut ridica acea bară deasupra capului. De ce?

Atunci când roata se învărte aceasta creează un moment al forței, moment ce obligă tot sistemul să se învârtă conform regulii mâinii drepte (PDF – pag 7): dacă forţa acţionează în plan orizontal şi tinde să producă o rotaţie în sens trigonometric, atunci direcţia vectorului este orientată în sus.

În acest fel de vreme ce rotația are loc în plan vertical, direcția de deplasare ar fi înspre dreapta, dar să nu uităm că roata se află la capătul unei bare ținute de Derek în mână. Acolo avem de-a face cu alt moment al forței care este orientat înspre direcția față. Vectorul combinat impune o direcție de rotație înspre față-dreapta.

Acest lucru în seamnă că, atât cât acea roată are suficient de multă viteză, Derek va trebui să susțină numai greutatea roții, nu să ofere și un contrabalans cu a doua mână. Interesant, nu?

Precesia giroscopică nu înseamnă altceva decât că vei obține o traiectorie în formă de elipsă datorată efectului giroscopic ori momentului unghiular forței.

Iată o explicație foarte simplă a acestui fenomen:

Alfă despre precesia giroscopică și din filmul de mai jos:

Să ne mai delectăm și cu un alt film despre giroscoape:

Încă un detaliu despre giroscoape:

Elicopterele sunt undele dintre cele mai mari giroscoape. Află cât de dificil este să înclini un elicopter și cum trebuie să ții minte regula celor 90 de grade: