Откуда прецессия берёт энергию?

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Nitsu Gaash

  • Проверенный
  • ***
  • Сообщений: 148
Где-то читал теоретические выкладки одного профессора, что работа прецессии равна нулю. Между тем, на всех видео, где показывалась прецессия на практике - гироскоп на нитке - прецессия закручивает натянутую под весом гироскопа нить. А это уже работа. Так вот мне интересно, откуда прецессия берёт энергию для работы? Только ли благодаря внешней силе, или же маховик гироскопа потихоньку тратит свою энергию вращения? Вот если чистая постановка задачи: без сил трения и в вакууме? Взаимодействие вращающегося вала и неподвижного корпуса, например, обеспечивается через магнитные поля (магнитный подшипник-левитрон, есть задумка его собрать).

Оффлайн viknik

  • Интересующийся
  • **
  • Сообщений: 55
Где-то читал теоретические выкладки одного профессора, что работа прецессии равна нулю. Между тем, на всех видео, где показывалась прецессия на практике - гироскоп на нитке - прецессия закручивает натянутую под весом гироскопа нить. А это уже работа. Так вот мне интересно, откуда прецессия берёт энергию для работы? Только ли благодаря внешней силе, или же маховик гироскопа потихоньку тратит свою энергию вращения? Вот если чистая постановка задачи: без сил трения и в вакууме? Взаимодействие вращающегося вала и неподвижного корпуса, например, обеспечивается через магнитные поля (магнитный подшипник-левитрон, есть задумка его собрать).

З.И.Докторович,  исследовавший этот вопрос,  пишет,  что источником  энергии прецессионного движения  является  работа внешней силы,  отклоняющей ось вращения  гироскопа от начального положения.
Ознакомиться с темой можно по адресу:  www.newtheory.ru/...2362.html

Энергия вращения маховика гироскопа на прецессию , я думаю,  не расходуется.  Замедление вращения маховика конечно происходит,  но только за счет трения  в опорах и о воздух. 
 
« Последнее редактирование: 01.07.2013, 13:18:55 от viknik »

Оффлайн Nitsu Gaash

  • Проверенный
  • ***
  • Сообщений: 148
Viknik, спасибо за информацию. Развивая мысль о прецессии, созрели два других интересных вопроса: участвует ли энергия вращения маховика в возникновении момента гироскопических сил при вынужденной прецессии и труднее ли (большую силу затратить) вызвать вынужденную прецессию вращающегося маховика, чем просто раскручивать ось покоящегося маховика? Просто я к чему веду.. Возникновение момента гироскопических сил может при определённых условиях даже разрушить подшипники, т.е. это вполне ощутимая сила. А определённых условий три: момент инерции маховика, угловая скорость вращения маховика и угловая скорость вынужденной прецессии. Если просто рассматривать саму прецессию под действием внешних сил, то она работы не совершает сама по себе (работу совершает внешняя сила). А если приложить внешнюю силу для создания вынужденной прецессии, то образовавшийся момент, фактически, может выполнять нехилую работу. И теперь снова два вопроса выше, только несколько перефразированные: первое - замедляется ли маховик под действием вынужденной прецессии; второе - какой момент сил больше, создающий вынужденную прецессию или полученный в итоге, гироскопический? Если кто разбирается, можете помочь. На данный момент я не могу такой сложный опыт воспроизвести и всё проверить.

Оффлайн simskif

  • Группа Vad_2
  • Ветеран
  • ****
  • Сообщений: 535
Если кто разбирается, можете помочь. На данный момент я не могу такой сложный опыт воспроизвести и всё проверить.
Нарисовать схему опыта можете? Хоть схематически.
Генератор Ермолы видимо использует нечто похожее на ваши соображения.

Оффлайн Nitsu Gaash

  • Проверенный
  • ***
  • Сообщений: 148
Нарисовать схему опыта можете? Хоть схематически.
Генератор Ермолы видимо использует нечто похожее на ваши соображения.

Можно и без схемы. Я просто прикреплю к сообщению картинку, видео и вырезку из статьи по теоретической механике.

"Гироскопический момент нетрудно рассчитать. Положим, согласно элементарной теории, что:
L=Jω

где J - момент инерции гироскопа относительно его оси симметрии, а ω - угловая скорость собственного вращения. Тогда момент внешних сил, действующих на ось, будет равен:

M=Ω×L=Ω×(Jω)

где Ω - угловая скорость вынужденного поворота (иногда говорят: вынужденной прецессии). Со стороны оси на подшипники действует противоположный момент:

M'=-M=(Jω)×Ω
"


Оффлайн Nitsu Gaash

  • Проверенный
  • ***
  • Сообщений: 148
В вырезке из статьи по теормеху говорится о несколько ином гироскопе, в котором оба конца оси вращения маховика закреплены в подшипниках. На видео и прикреплённой картинке в предыдущем сообщении показано, как это было указано, устройство для демонстрации свойств гироскопа. В нём один конец оси может подниматься, а другой закреплён на шарнире. Таким образом, момент на одном конце гироскопа испытывает реакцию со стороны шарнира, а другой конец не создаёт никакой реакции и поднимается вверх. Так вот теперь, думаю, всем понятно, что я хочу понять: какова работа, совершаемая этим моментом, по отношению к работе, совершаемой при вращении всей этой конструкции (вынужденная прецессия)? Если у кого-то есть доступ к подобному устройству - можете проверить, хотя бы по ощущениям? И будет ли маховик замедляться, или же труднее будет вращать конструкцию, если заставить этот момент совершать работу (например, поднять груз на какую-либо высоту)? Все эти вопросы я постараюсь решить сам, но от помощи никогда не откажусь. Кстати, если вдруг в эту тему забредёт матёрый теоретик - и от теории тоже не откажусь. Теория может предсказывать эффекты. Хотя практика, конечно же, стократ полезнее.

Оффлайн Nitsu Gaash

  • Проверенный
  • ***
  • Сообщений: 148
Сегодня провёл опыт, так сказать, "на коленке", из подручных средств: велосипедная вилка переднего колеса и это самое переднее колесо, незакреплённое в вилке. Перевернул - получил что-то отдалённо напоминающее двухстепенной гироскоп, описанный и показанный выше. Вторая степень здесь быстро пресекается самой вилкой, т.к. диаметр колеса и расстояние между "ногами" вилки не позволяет колесу подняться. Колесо лишь чуть-чуть приподнимается, а потом упирается в тормозные колодки. Но этого, думаю, достаточно было, чтобы зарегистрировать работу гироскопического момента.

Приборов для измерения силы у меня нет, поэтому старался всё сделать для того, чтобы разница была ощутимой. В каждый конец втулки колеса я вставил по стальному прутику длиной 100-150 мм, на которые потом вешал кирпичи массой 3-4 кг (по одному на каждый прутик). Угловые скорости колеса и вилки старался делать как можно более одинаковыми в каждом опыте. Колесо вращал одним рывком. Вилку двигал указательным пальцем. Погрешность по ощущениям сглаживал повторением опыта несколько раз, с перерывами на отдых 5-10 мин.

Результаты опытов таковы:
- отсутствие и наличие грузов на концах прутиков не влияет на величину усилия, необходимого для сообщения вилке определённой угловой скорости (по крайней мере я не почуствовал разницы);
- отсутствие и наличие грузов на концах прутиков влияет на высоту поднятия колеса (чем больше нагрузка, тем меньше высота, на которую поднимается колесо);
- отсутствие замедления вращения колеса при вращении вилки как при отсутствии, так и при наличии грузов (было только замедления из-за контакта с тормозными колодками, но существенной разницы в итоге не обнаружено).

Первый результат можно подвергнуть критике: я старался подобрать как можно более тяжёлые грузы и увеличить длину рычага, но, возможно, этого было недостаточно для разности ощущений. 3-4 кг массы грузов и 100-150 мм длины рычагов, плюс моё желание увидеть в опыте что-то вдохновляющее - всё это могло исказить результаты по ощущениям. Нужны приборы, которых у меня нет...

Зачем это всё пишу. А пишу затем, что в механике так же нужны измерительные приборы, как и в электронике. В данном случае я получил результаты опыта, но не уверен, объективны ли они хотя бы на 80%. Повторюсь, если есть у кого-то возможность воспроизвести подобный опыт на нормальном двухстепенном гироскопе с соответствующими измерительными приборами или хотя бы с большей разницей параметров - можете помочь, если есть желание.

Оффлайн viknik

  • Интересующийся
  • **
  • Сообщений: 55
Видео эксперимента с гироскопом Виталия Вдуленко можно посмотреть здесь:


Теория поведения гироскопа под действием внешних сил  хорошо расписана  у Д.В.Сивухина в общем курсе физики (&50):
 alexandr4784.narod.ru/....pdf
« Последнее редактирование: 19.07.2013, 12:06:27 от viknik »

Оффлайн pasker

  • Проверенный
  • ***
  • Сообщений: 173
Интересную тему вы тут обсуждаете .
   Лично я считаю что прецессию гироскопа можно сделать вечной , то что энергия с вращения самого гироскопа не отбирается при возникновении прецессии ,это уже многим понятно .
     меня беспокоило другое , что как только мы подвесим грузик для создания прецессии ,то рано или поздно грузик все таки перевернет гироскоп так ,что бы грузик занял крайнее нижнее положение , затем не много подумал и понял ,что грузик  не когда не займет крайнее нижнее положение пока вращается сам гироскоп.
      произойдет это по той причине ,что грузик во время прецессии движется как раз в нужном нам направлении ,то есть если снять грузик и принудительно провернуть раму с гироскопом в сторону прецессии ,то мы увидим ,что именно тот конец гироскопа ( на котором висел грузик) будет подниматься а не опускаться !!! 
   Это значит ,что как только мы повесим грузик ,появится прецессия которая стремится поднять этот же грузик , прям парадокс какой то .     
       
   

Оффлайн viknik

  • Интересующийся
  • **
  • Сообщений: 55
Интересную тему вы тут обсуждаете .
   Лично я считаю что прецессию гироскопа можно сделать вечной , то что энергия с вращения самого гироскопа не отбирается при возникновении прецессии ,это уже многим понятно .
     меня беспокоило другое , что как только мы подвесим грузик для создания прецессии ,то рано или поздно грузик все таки перевернет гироскоп так ,что бы грузик занял крайнее нижнее положение , затем не много подумал и понял ,что грузик  не когда не займет крайнее нижнее положение пока вращается сам гироскоп.
      произойдет это по той причине ,что грузик во время прецессии движется как раз в нужном нам направлении ,то есть если снять грузик и принудительно провернуть раму с гироскопом в сторону прецессии ,то мы увидим ,что именно тот конец гироскопа ( на котором висел грузик) будет подниматься а не опускаться !!! 
   Это значит ,что как только мы повесим грузик ,появится прецессия которая стремится поднять этот же грузик , прям парадокс какой то .     
       
 

Лично я тоже  считаю,  что энергия  основного вращения не отбирается  на прецессию.
Но сделать прецессию  вечной не удается  потому,  что,  как Вы правильно заметили,  грузик  при прецессии постоянно опускается под действием силы тяжести.  Прецессия  конечно формирует  силу,  препятствующую  быстрому  падению  грузика,  но замедленное падение  все равно продолжается.  Дело в том,  что  для того чтобы появилась  прецессия и вызванная ею  поддерживающая грузик сила,  необходимо  постоянное  изменение наклона оси гироскопа,  т.е. падение грузика.