물체는 원래 운동 상태를 유지하는 경향이 있는데, 간단히 말하면' 관성' 이다. 관성은 모든 물체의 공통성 중 하나로, 원래 운동 상태를 바꾸는 저항을 나타내며, 원래 운동 상태를 유지하는 관성이라고 할 수 있다.
직선으로 움직이는 물체 (또는 직선 운동 추세가 있는 물체) 의 경우. 관성의 크기는 물체의 질량과 관련이 있다. 질량이 클수록 관성이 커집니다. 정지된 물체가 움직이기 어려울수록 직선으로 움직이는 물체는 멈추기 어렵다.
예: 기관차와 자갈 차를 비교합니다. 기관차는 시동이나 제동이 더 쉽다.
회전하는 물체도 원래의 회전 상태를 유지하는 경향이 있는데, 이 상태를 관성 (또는 관성 모멘트) 이라고도 합니다. 그 크기는 질량뿐만 아니라 회전축을 기준으로 한 질량 분포와도 관련이 있습니다. 같은 질량으로, 힌지에서 멀어질수록 관성이 커질수록 시동이 더 어려워진다.
예를 들어 헬리콥터 로터는 일반 프로펠러 비행기보다 길기 때문에 시동이 더 어렵습니다.
전시회에 언급된 각운동량은 관성과 각속도 (샤프트 방향 및 회전 속도와 관련된 물리적 양) 의 곱입니다. 회전체는 조합 토크 (즉, 모든 토크 효과의 총 효과) 에 있습니다. 또는 모든 힘이 회전에 미치는 총 영향) 0 이거나 외부 힘의 영향이 없으며 각운동량도 동일하게 유지됩니다. 이를 각운동량 보존 법칙이라고 합니다.
우리가 회전하는 물체에서 물질의 분포를 바꿀 때 관성도 변한다. 이 활동에서는 손이 열릴 때 관성이 더 큽니다 (몸체 질량 분포의 일부는 힌지에서 멀리 떨어져 있음). 회전을 시작한 후 양손이 빠르게 수축하면 관성이 작아지고 회전이 빨라집니다 (각 운동량 보존에 따라 관성과 각속도의 곱이 변하지 않음). 관성이 감소하면 각속도가 반드시 증가하고, 양자의 곱은 변하지 않는다. 반대로 두 손을 더 벌리면 관성이 커지고 회전이 느려집니다.
피겨 스케이팅 선수, 다이빙 선수 또는 발레리나가 빠르게 회전하려고 할 때, 그들은 먼저 두 팔을 벌려 돌아서서 두 손을 회수하려고 하면 (관성이 작아지고 각속도가 커진다) 회전 속도가 빨라진다. 회전을 멈추고 싶을 때, 가능한 한 팔을 뻗는다 (관성을 증가시킨다). 이론적으로 턴테이블 안에 서 있는 사람은 일단 회전하기 시작하면 멈추지 말아야 한다. 그러나 마찰과 사람의 흔들림 때문에 결국 멈출 것이다.
각운동량 보존 실험에서, 만약 당신이 한 손에 아령을 들고 체중을 늘리면, 손을 회수할 때 질량분포의 변화는 빈손으로 조작할 때보다 훨씬 더 커질 것이다. (존 F. 케네디, 노력명언) 관성의 변화가 크면 회전 속도의 변화가 더욱 두드러진다. 그러나 조작할 때는 반드시 안전에 주의해야 한다.
두 번째 부분: 자이로 스코프 원리
이렇게 하면 턴테이블 위에 서서 손에 있는 바퀴가 빠르게 회전할 때 차축을 힘껏 기울이면 턴테이블도 함께 회전한다는 것을 알 수 있습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 회전명언) 바퀴의 회전 방향을 힘껏 바꿀 때 바퀴의 회전 관성량도 당신에게 작용하여 턴테이블이 회전하기 시작하게 하기 때문입니다. 이것도 각운동량 보존의 현상이기도 합니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 회전명언) 질량이 있는 물체가 회전하면 질량 크기, 속도, 회전 방향 및 물질 분포와 관련된 각운동량이 생성됩니다. 관성이 변하지 않는 한 회전하는 물체는 원래 회전 속도와 회전 축 방향 (또는 각속도) 을 유지하는 경향이 있습니다.
일반적으로 오른손 손가락을 사용하여 회전 방향과 각운동량 방향 간의 관계를 나타냅니다. 우리가 엄지손가락을 세우는 제스처를 줄 때 손바닥 네 손가락의 방향은 회전 방향을 나타내고 엄지손가락의 방향은 각운동량의 방향을 나타냅니다 (예: 1).
그림 2 와 같이 휠이 안쪽에서 바깥쪽으로 회전하면 각 운동량 방향을 나타내는 오른손 엄지가 발표자의 왼쪽을 가리킵니다. 차축이 세워지고 오른손이 내려올 때, 우리는 턴테이블을 돌리는 저항을 느낄 것이다. 이는 원래 상태에서 위 또는 아래 (수직 방향) 의 각운동량이 없기 때문입니다. 수직 축에서 오른손 엄지가 위로 회전할 때 (위 그림 3) 위쪽 각운동량이 발생하기 때문입니다. 수직 각운동량을 0 으로 유지하기 위해 턴테이블 반대 방향 회전은 아래쪽 각운동량을 생성하여 상쇄합니다 (아래 그림 3). 그래서 차축이 세워질 때, 우리는 차바퀴가 우리 발 아래의 회전판 방향과 정확히 반대되는 방향을 발견할 수 있다. (빌 게이츠, 차축, 차축, 차축, 차축, 차축, 차축
위의 말에 따르면, 바퀴가 원래의 각운동량을 유지해야 하기 때문에 턴테이블이 발밑에서 회전하는 것이라고 말할 수 있습니다. 따라서 차축이 다른 방향으로 기울어지면 턴테이블이 다른 방향으로 회전합니다. 학생들이 다음 활동을 다시 시도하게하십시오.
오른손이 똑바로 서 있으면 턴테이블은 어떻게 돌아요?
바퀴가 전혀 돌아가지 않는 상태에서 같은 동작을 반복하면 턴테이블은 어떻게 돌아요?
바퀴가 처음에 외향에서 안쪽으로 회전하면 엄지손가락 (바퀴의 각운동량 방향) 이 어느 방향을 가리켜야 합니까? 오른손이 똑바로 설 때 턴테이블은 어떻게 돌아요? 왼손은요?
속도는 같지만 휠 크기가 다르면 바퀴가 클수록 관성 모멘트가 커질수록 어느 경사 바퀴가 더 힘들까요? 어느 것이 더 쉬울까요?
이론적으로 바퀴가 회전하는 속도와 기울어진 차축의 각도는 턴테이블 회전 속도에 영향을 줍니다. 조작할 때 학생이 느낄 수 있나요?
바닥에 서서 이전 활동을 반복할 때 발밑에 턴테이블이 없어도 사람은 돌릴 수 없지만 손은 여전히 저항을 분명히 느낄 수 있다. 또한 바퀴 속도가 다르면 차축을 기울이는 데 필요한 힘도 다릅니다. 물체가 빨리 회전할수록 각운동량이 커지고 방향을 바꾸는 데 필요한 힘도 커진다. 물체의 회전 속도가 회전 축의 방향을 바꾸기 어려울 정도로 빠르면 회전 축이 고정된 방향을 안정적으로 가리키게 되며, 우리는 그 안정성을 방향의 기초로 사용할 수 있습니다.
세 번째 부분: 도전
각운동량이 일정하기 때문에, 우리는 회전으로 물체의 안정성을 높일 수 있다. 예를 들어, 우리는 고속 회전으로 꼬리가 없는 비행물체 (예: 총알) 를 안정시켜 비행궤적을 더욱 안정시킬 수 있다. 또 저속 회전을 이용해 다양한 이상적인 투척 경로 (예: 농구 슈팅, 야구 변색공, 원반 등) 를 얻을 수 있다. ).
[참고 1]. 총알은 작고 총관이 발사되어 꼬리날개를 장착할 수 없기 때문에 총알이 회전으로 발사된다.
[주 2]. 총알이 회전하는 설계는 비행 궤적을 안정시킬 뿐만 아니라 탄두가 먼저 목표물에 닿을 수 있도록 하여 총알이 목표물을 관통하지 않아 바운스 (점프탄) 할 확률을 크게 낮췄다.
자전거도 회전하는 바퀴를 이용해 원래 축 방향을 유지하는 특성으로 안정성을 높이고 균형을 유지한다. 자전거의 바퀴는 계속 돌리기만 하면 균형을 유지하는 것이 더 쉬우며, 이론적으로 바퀴가 빨리 돌수록 안정된다. 하지만 자전거가 빠르면 발의 움직임과 공기 저항 (바람 저항) 도 균형에 영향을 미치기 때문에 일상생활에서 더 빠르고 안정된 현상을 느끼기가 어렵고, 자전거가 천천히 올라갈수록 균형을 유지하기가 더 어렵다는 것을 느낄 수 있다.
서커스나 스턴트 공연에서 우리는 외륜차가 거의 정적이거나 느린 속도로 움직이는 것을 보았는데, 이것은 바퀴의 회전과는 별로 관계가 없다. 주된 이유는 시술자가 짧은 시간 내에 가볍게 움직여서 균형을 유지하기 때문이다. 이는 일반인이 한발로 서 있는 동안 몸을 비틀어 균형을 유지하는 것에 더 가깝다. 그래서 외륜차는 방향을 돌리기 쉽고 돌리기 쉬우므로 자전거보다 이런 공연에 더 적합하다. 매우 느린 속도로 자전거를 타는 것을 기억한다면, 본능적으로 자전거의 핸들을 좌우로 돌리고, 몸을 비틀고, 넘어지기 전에 균형을 유지하려고 하면 이를 확인할 수 있다.
팽이는 기본적으로 물체를 이용하여 고속으로 회전할 때 각운동량이 매우 크며, 회전축은 항상 한 방향을 가리키는 성질로 만든 방향기구이다. 그러나 충분히 빠르게 회전하거나 관성이 충분히 커야 합니다 (즉, 각운동량이 충분히 커야 함). 그렇지 않으면 작은 토크만 있으면 안정성에 심각한 영향을 줄 수 있습니다. 4 페이지의 활동과 마찬가지로 회전 축의 방향을 쉽게 변경할 수 있습니다. 따라서 비행기와 미사일에 장착된 팽이는 내부에서 제공하는 동력에 의지하여 고속 회전을 유지한다.
팽이는 일반적으로 항공기, 우주선, 미사일, 위성, 잠수함 등과 같은 차량이나 차량에 장착됩니다. , 동서남북 방향을 결정할 수 있습니다. 그것은 항공, 항해, 우주 항법 시스템에서 방위를 판단하는 주요 근거이다. 고속 회전 하에서 팽이의 힌지가 고정된 방향을 안정적으로 가리키기 때문이다. 이 방향을 비행기의 축과 비교해 보면 비행기의 정확한 방향을 정확하게 알 수 있다. 나침반은 팽이를 대체할 수 없습니다. 나침반은 평면의 방향만 결정할 수 있기 때문입니다. 반면에 팽이는 전통적인 나침반보다 더 편리하고 믿을 만하다. 전통적인 나침반은 지구의 자기장에 의해 방향이 정해져 있기 때문에 비행기 동체나 선체에 들어 있는 철분 물질과 같은 광물 분포에 방해를 받을 수 있기 때문이다. 한편, 지리북극과 지자기 북극은 극점에서 큰 편차가 있을 수 있기 때문에 현재 항공과 항해에서 팽이와 위성 항법 시스템을 방향의 주요 기기로 삼고 있다.