A repülő bőrönd
Mivel a prop mesterek megzavarják a képet, amikor az adás közben végigsétálnak a stúdióban, ezért a TV-s találgatási játékunkba robotokat alkalmaztunk, akik az összes szükséges kelléket elhúzták a két műsorvezetőhöz egy előre megrajzolt fém pályán. Az egyik lapos kocsi két nagy ezüst bőrönddel éppen lassan gurult a televízió stúdiójába. Szünetem volt, a folyamatban lévő játékért a házigazdám volt a felelős.
Eközben egy erős fiatalembert kémlelt ki a hallgatóság körében, és megkérte, vegye ki a két bőröndöt az autóból, és vigye őket távolra. Amikor a két bőrönddel rendelkező férfi körülbelül egy szinten volt vele, odahívta. A hirtelen irányváltás arra kényszerítette a portást, hogy élesen jobbra forduljon - és a meglepő dolog történt: a jobb kézi bőrönd szinte vízszintesen állt, és így maradt, amikor a nyilvánvalóan csodálkozó férfi egyszer megfordult a saját tengelyén. A bal oldali csomagtartó nem próbált ugyanúgy felállni. A közönség jól érezte magát és élénken tapsolt.
A sajátos bőrönd: a folyamat jól megrendezett volt. Természetesen a férfit beavatták a játékba. Aki figyeli a férfi kezét, látnia kellett volna, hogyan irányítja a bőrönd mozgását. Hirtelen az a csapat, akinek feladata volt a rejtvény megoldása, azzal a magyarázattal állt elő, hogy valószínűleg megfelelő esetben van egy pörgettyű. - Kiváló - mondta a moderátor -, de ehhez nem kapsz pontot. Feltételeztük, hogy erre még emlékezett a fizikaóráról. "
Megkérte a csapat egyik tagját, hogy jöjjön el a stúdió közepére, és arra kérte a férfit, hogy két dolgot tudjon meg a tokkal való babrálással: először a teteje tengelyének irányát, másodszor pedig a rotor forgásirányát. Szokás szerint hozzátette: „Egy percre van gondolni, amíg a zene szól. Konzultálhat öt kollégájával. "
A tanács: A tengely megtalálása jelentette a legkevesebb problémát. Ehhez a személyzetnek csak néhány próbát kellett tennie a bőröndből. A bőrönd ellenállás nélküli elforgatásának a tengelyiránynak kell lennie. A várakozásoknak megfelelően párhuzamos volt a legrövidebb peremekkel, és ezért merőleges a ház legnagyobb felületére, amely mögött egy különösen nagy rotorlemez rejtőzhetett, amely viszonylag nagy tehetetlenségi nyomatékának köszönhetően rengeteg energiát tudott tárolni forgás közben, és a giroszkóp hosszú üzemidejét ígérte energiaellátás nélkül.
Nyomaték és precesszió: Kiderült, hogy nehezebb kitalálni a rotor forgásirányát. Ügyes egy vektor nyíllal megjelölni a tengely irányát - mielőtt a függesztett esetben jobbra fordulnánk, amint tudjuk, vízszintesen és keresztben a haladási irányhoz - és a rotor lehetséges forgásirányát (jobb oldali csavar értelmében). A vektor hossza célszerűen arányos a "szögimpulzus" méretével (tehetetlenségi nyomaték és szögsebesség).
A tetejének D szögletességét a „nyomatékok” befolyásolják, amelyek hasonló hatást gyakorolnak a tetejére, mint a csavarhúzó, amikor csavarokat hajtanak (amelyek a jobbkezesek többségével általában jobb oldali csavarok). Ugyanúgy, ahogy a szögimpulzus vektor iránya és hossza megadja a szögimpulzus méretét, irányát és forgásérzékét, úgy a forgatónyomaték irányát, forgásérzetét és nagyságát az M momentumvektor iránya és hossza jellemzi. Fontos, hogy a D szögimpulzus t időbeli változása megegyezzen az M nyomatékkal: dD/dt = M (giroszkópos egyenlet; d/dt jelentése derivált).
A szögimpulzus irányába eső nyomaték csak a méretét változtatja meg, a szögimpulzusra merőleges nyomaték az irányát is megváltoztatja. Ez mozgásba hozza a giroszkóp tengelyét: a giroszkóp elkezd "precesszálni".
A forgó csúcs precessziója a rotációs tehetetlensége miatt analóg a tömegének tehetetlenségével az orbitális mozgás közbeni tehetetlensége miatt. Ha egy erő a mozgó tömegre az aktuális sebesség irányában hat, akkor ugyanabban az irányban repül, bár növekvő vagy csökkenő sebességgel. De ha az erő a sebesség mentén hat, akkor az út görbe. A tömeg sebessége semmi esetre sem veszi fel azonnal a hatóerő irányát.
Ugyanez van a csúcs precessziójával is. Amikor a tokot a jobb oldali kanyarban lévő fogantyúval elfordítják, egy függőleges nyomaték és egy vektor nyíl lefelé hat a vízszintes szögimpulzus vektorra. Lefelé húzza a szögmomentusvektor hegyét, a szögmomentusvektor megközelíti a pillanatvektor irányát ("egyenlő párhuzamosság" - ez a kifejezés Léon Foucault-ig nyúlik vissza). Ha a bőrönd fel akar állni - a fent leírtak szerint -, akkor a szögimpulzus-vektornak először balra kell mutatnia. Vagyis a függő bőröndben lévő rotornak biztosan úgy kellett elfordulnia a férfi mozgásirányában, mint egy szekérkerék.
El kell ismerni, hogy nehéz volt nem tévedni az ilyen kérdésekben, különösen a színpadi ijedtség mellett négy televíziós kamera előtt. A moderátor markert ragasztott a bőröndre. Kis segítséggel a csapat megfelelő eredményt ért el, és két teljes pontot kapott, ami segített nekik megnyerni a találgatásokat.
Űr teteje: A tok teteje megegyezett azzal a stabilizációs felülettel, amely a Symphony kommunikációs műholddal repült az űrbe, és öt éve ott volt szolgálatban.
A heidelbergi Teldix gyártó cég rendelkezésére bocsátotta a giroszkópot és annak dupláját az adáshoz. Az akkori feljegyzéseim alapján látom, hogy a rotor tömege 3,5 kilogramm volt, és 3000/perc vagy 50 fordulat/perc sebességgel forog. Mágnesesen, érintésmentesen szerelték fel annak érdekében, hogy a súrlódás révén a lehető legkevesebb mozgási energiát veszítse el. A csúszósúrlódásoktól sokat szenvednek a siklócsapágyakban futó kicsi giroszkópok, amelyeket a játékboltokban vásárolhatnak gyermekek és amatőrök. Johann Gottlieb Friedrich Bohnenberger állítólag 1817-ben találta fel; 1852 óta giroszkópnak hívják Léon Foucault után.
Tánc a tetején: a klasszikus giroszkóp egy vas rotorból áll, amely acélgyűrűbe állítható csavarok közé van felszerelve. Korábban a csomagolásban kiegészítőként egy hatalmas öntött cinkből készült Eiffel-tornyot találtak, amelyen a giroszkóp nagyszerűen előrevetített. Az a kis műanyag kalap, amelyet a vevők manapság kapnak, túl könnyű, és csak eldobható. Ha a zsinórt előre le kell tekerni a rotortengely egyik oldalára, a rotort nagyon nagy fordulatszámra lehet hozni.
Feltételezve, hogy a rotor saját forgásának szögsebessége γ nagyon nagy a csúcs precessziójának wp szögsebességéhez képest a függőleges körül (γ »ωp:" gyorsabb "csúcs), a precesszió aránya a szögmomentumban a C γder szögimpulzushoz viszonyítva A rotor forgása ("spin") elhanyagolható. C a rotor tehetetlenségi nyomatéka a szimmetriatengelye körül (például kgxm-ben mérve). Stacionárius (időtől független) precesszióval csak az irány változik, de a szögimpulzus vektor mérete nem. A szögimpulzus precesszió során bekövetkező változása az időegységre eső szögváltozás (ωp) és a szögimpulzus vízszintes komponensének hossza, C γ sinδ: ωp C γsinδ szorzatának szorzata. A rajz síkjára merőlegesen fekszik, és megegyezik az azonos irányban ható giroszkóp teljes G tömegének G l sin δ nyomatékával. A precesszió szögsebességét ebből számoljuk: ωp = G l/C γ Minél gyorsabban forog a rotor (minél nagyobb γ), annál lassabban folyik a giroszkóp (kisebb a ωp).
Figyelemre méltó, hogy a gyors felső ωp független a hangmagasság szögétől. Amíg a giroszkóp gyors, tetszőleges δ szöget állíthat be, és hagyhatja, hogy a giroszkóp megemelkedjen ebben a helyzetben. A giroszkóp azonban mindenekelőtt a 90 és 0 fok közötti határmagasság-szögekre vonatkozik, amelyek megfelelnek a függesztett és a vízszintesen "repülő" bőröndnek a rotor forgásirányában. Ezzel a tudással a találgató csapat láthatta a bőrönd mozgását, melyik irányba fordult a teteje. .