Жироскоп действа като спирачка и нарушава закона за запазване на енергията (ЗЗЕ)

[Иван Димов]

   Като гледах експериментите на Eric Laithwaite в сайта http://www.youtube.com/watch?v=IaOIWXqH9Io&feature=related ми направи впечатление как спира внезапно жироскопа при премахването на тежестта. Това свойство на жироскопа може да се използва за спиране на въртящи се тела при това без триене. Като спираща сила се явяват центробежните сили, пораждащи се при сложната траектория на всяка отделна елементарна маса dm на жироскопа. Това е ярък пример как за центробежните сили законът за запазване на енергията (ЗЗЕ) е невалиден. Спиране без триене - това е добре. Остава да направим и ускорение без триене.
   Прилагам файл, в който нагледно се вижда едно от приложенията за спиране на въртяща се макара с товар. При развиване на въжето, тежестта пада от положението на фиг.1 до положението на фиг.2. При това спирането се осъществява от въртящия се жироскоп, който не променя скоростта си. Ако същият жироскоп не се върти, то тежестта би паднала с далеч по-голяма скорост.

[CPU]

Иван Димов, това което си показал е интересно, но сигурен ли си, че оборотите на
маховика не се увеличават? Щото има една играчка, измислена от NASA, казва се
powerball, наподобява твоята постановка и там оборотите се увеличават чрез клатене
на маховика, целта е да се създаде реакция при безтегловност за да могат космонавтите
да "вдигат гирички".

[Иван Димов]

   Ето малко по-научно обяснение за да няма неясноти.
Оста на жироскопа е закрепена в точките ж-ж (фиг.1 от приложения файл). Оста на макарата е закрепена в точките м-м (фиг.2). Нека кожухът на жироскопа е боядисан вляво червено, а вдясно зелено както се вижда на фиг.1 и фиг.2. Силата на тежестта може да се представи като двойка сили, приложени в точките ж от фиг.1. На жироскопа се предава същата двойка сили, които са означени на фигурата. Когато макарата се завърти от закачената тежест, всички точки от червената половина отиват нагоре, а всички точки от зелената половина на жироскопа отиват надолу. При това силата F, действаща на точките от жироскопа е перпендикулярна на скоростите V, с които се движат тези точки. Така тази сила F не променя линейната скорост V по големина, а само по посока. Затова жироскопът не променя скоростта, с която се върти и запазва кинетичната си енергия (има само слаби загуби в лагерите). Ако разгледаме дясната зелена половина, виждаме как всяка елементарна маса dm от жироскопа описва траекторията от т.1 до т.2 на фиг.3. При тази крива с радиус R възниква центробежна сила Fцб=dm.V^2/R, която е насочена противоположно на силата F. Вляво (червената половина) положението е аналогично и възникващата центробежна сила е насочена надолу - отново противоположно на F. Значи имаме сили F от окачената тежест и сили Fцб, насочени обратно на F. Затова всички центробежни сили, възникващи в жироскопа, действат спиращо за въртенето на макарата.
   Нека да видим защо се нарушава законът за запазване на енергията (ЗЗЕ). За целта правим два опита.
   1. Жироскопът е спрян. Тежестта се спуска от височина h. Потенциалната енергия на тежестта е Ep=mgh. При падането на тежестта тази потенциална енергия се превръща в кинетична енергия Ek=Ep (скоростта на падането е голяма) и ЗЗЕ се спазва.
   2. Жироскопът е развъртян. Възникващите центробежни сили Fцб в жироскопа спират падането и тежестта пада бавно. Най-долу кинетичната и` енергия е малка. ЗЗЕ се нарушава защото Ek<Ep. Енергията на жироскопа не влиза в сметките, защото не се променя по време на падането.

[jhonjhon]

Мисля, че CPU е прав - оборотите се увеличават, т.е. извършена е работа за сметка на по-ниската кинетична енергия.
 Ето видео:

http://www.youtube.com/watch?v=dJyov7wfiUE&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=b3a_TmXigsU&feature=related

[mzk]

Аз пък мисля, че Ерик Лейтуайт (?) доста добре показва кактото има да показва. Просто гледайте клиповете в youtube по няколко пъти и внимателно!

[Иван Димов]

   Нека по-горе споменатата тежест има маса m=10 [kg] и е издигната на височина h=10 [m]. Ако закръглим земното ускорение g=9.8 [m/s^2] на десятка, за потенциалната енергия на тежестта ще получим Ep=10.10.10=1000 [J]. Ето двата опита.
   1. Жироскопът е спрян. Така макарата се върти както обикновено и тежестта най-долу, преди да се удари в земята, ще има кинетична енергия Ek=1000 [J] приблизително. По-точно тези 1000 Джаула ще се разпределят между макарата и тежестта. Триенето в лагерите го пренебрегвам, тъй-като е нищожно. Тук ЗЗЕ се спазва, защото сме вложили 1000 [J] от потенциалната енергия и сме получили 1000 [J] кинетична енергия в макарата и тежестта.
   2. Жироскопът е развъртян. Сега при падането на тежестта действат по-горе споменатите центробежни сили, които са спиращи за движението на макарата. Така най-долу, преди да се удари в земята, тежестта ще има по-малка кинетична енергия от първия опит. Освен това, след удара на тежестта в земята, макарата ще спре да се върти, а жироскопът ще продължава да се върти с първоначалната си скорост (триенето в лагерите го пренебрегвам). Подобно спиране има и при опитите на Лейтуейт - аз затова се сетих как то може да се използва. В резултат на целия този наш опит 2. имаме вложена потенциална енергия 1000 [J], а долу кинетичната енергия на тежестта е далеч по-малка от опит 1. Макарата пък въобще няма кинетична енергия. А енергията вложена в жироскопа се запазва същата. Или влагаме 1000 [J], а получаваме да речем 100 [J]. С други думи, нямаме равенство на вложената и получената енергия. Затова ЗЗЕ не се спазва. Ако на макарата действаше обикновена спирачка с триене, то част от вложената потенциална енергия би се превърнала в топлина. Но при нашия опит топлина не се отделя, защото няма триене - спират центробежните сили, които са инерционни и за тях не важи законът за запазване на енергията (ЗЗЕ). Да не говорим за ползата от това приложение за намаляване на глобалното затопляне.
   Що се отнася за играчката "пауърбол" - там разклащането не е в една равнина, какъвто е нашия случай. Вижте подробно чертежа от по-горе приложения файл BRAKE_GYROSCOPE_EXPLANATION.JPG и ще разберете логиката на нещата.

[Velektra]

Иван Димов, извинявай, но ти случайно или нарочно пренебрегваш израза "ЖИРОСКОПА Е РАЗВЪРТЯН".
Според теб вложена ли е енергия за да се развърти жироскопа или той от самосебе си се е развъртял?

П.П
Когато пишеше по темата, че ЗЗЕ е грешен и даваше примери с удари м/у топчета аз пак се чудех на някои твои теории.
Ти казваше, че когато човек бяга по права линия и друг го побутва отстрани, то бягащия се въртял в окръжност.
Аз тогава ти писах, че според мен ще бяга по спирала.
Учудват ме твоите категорични изводи по някои очевидни и доказани неща (нещо като от рода 2+2 не е равно на 4).
Сега ще кажеш, че тия "доказани неща" са доказани от традиционната наука, а ние се борим с нея.
Да, но не трябва всичко да се отрича или всичко да се приема.

[miromad]

Според мен Иван Димов иска за каже, че енергията на жироскопа остава непроменена. Каквато енергия е имал жироскопа в началото, такава енергия има и в края (или скорост), така че енергията на жироскопа не влиза в сметките.
Прикачам и една много интересна книга, описваща някои основни физични явления и закони по по-разбираем начин и даваща отговори на някои парадокси във физиката.

[Иван Димов]

   Velektra, науката изисква човек да има някои основни познания. А логическото мислене просто е задължително.
   ЗЗЕ означава колкото енергия сме вложили, толкова и да получим. За жироскопа ЗЗЕ се спазва. Ние влагаме енергия да го развъртим и колкото сме вложили в него, толкова после може и да си я получим обратно. Но аз говоря за цялата система, включваща жироскоп, макара и тежест. Нека жироскопът има енергия Eж. Ако в началото имаме енергия Ep+Eж, то в края трябва да имаме енергия Ek+Eж. Или да е спазено равенството Ep+Eж=Ek+Eж. Тъй-като Еж е една и съща в началото и края на опита, можем да я съкратим в уравнението и тогава Ep=Ek. В училище всички учат как потенциалната енергия се превръща в кинетична. Работата е там, че нашата Ек не е равна на първоначалната Ер, а е далеч по-малка, защото падащата тежест не може да се ускори поради силите на спиране. По-малка скорост значи по-малка Ек. Равенството не е спазено и ЗЗЕ е невалиден в този случай. Гледай горе чертежа и мисли дълго.

[jhonjhon]

Как разбра, че оборотите на жироскопа остават същите?

[Иван Димов]

   Няма как да ускориш или забавиш движещо се тяло ако във всеки момент от времето му действаш със сила, перпендикулярна на скоростта му. Такава сила се нарича центростремителна и винаги срещу нея се поражда центробежна. Това е нещо като Ленц ефекта - няма отърване от него. Същото е и движението по окръжност - има действаща сила, перпендикулярна на скоростта, но скоростта не се променя по големина, а само по посока. Нашият случай е малко по-завъртян, но силите F винаги са перпендикулярни на линейните скорости V и затова жироскопът не променя движението си. Който не вярва, да направи експеримент.

[jhonjhon]

Експериментите са в клиповете с играчката Powerball. Там точно с перпендикулярна на въртенето на жироскопа сила се постига увеличаване на скоростта на въртене.

[mzk]

Експериментите са в клиповете с играчката Powerball. Там точно с перпендикулярна на въртенето на жироскопа сила се постига увеличаване на скоростта на въртене.

Добре, че не ти гледам експериментите 

Отново повтарям, който иска нещо да научи, да гледа лекциите на Ерик Лейтуейт.

[jhonjhon]

Тези лекции са многа интересни и поучителни. Но защо този Лейтуейт не направи най-логичният и елементарен експеримент, за да докаже намалението в теглото на жироскопа. А именно, да постави на кантара веднъж неразвъртян и след това, развъртян жироскоп?

[mzk]

Тези лекции са многа интересни и поучителни. Но защо този Лейтуейт не направи най-логичният и елементарен експеримент, за да докаже намалението в теглото на жироскопа. А именно, да постави на кантара веднъж неразвъртян и след това, развъртян жироскоп?

Ами всъщност той прави два (2) такива опита. Не си гледал внимателно. Но лошото е, че не се виждат добре резултатите. Свалил съм доста публикации и всички видео файлове за него, които намерих. Скоро ще ги кача някъде тук, но да видя малко повече желание