Гироскопические силы для современной науки так же непонятны как силы инерции или гравитационные силы. Но если к гравитационным силам пытаются найти подходы в виде гравитонов, что верно, или искривления пространства-времени, что не имеет никакого отношения к данному явлению, то к силам инерции или гироскопическим силам никакого подхода вообще нет. Нет ни инерционов, ни гироскопионов, ничего не искривляется. Брезжит где-то вдали поле и бозон Хиггса, но все тонет на донышке в бутылке из-под шампанского.
По этой причине вот что пишут о гироскопических силах на все возможных сайтах:
Википедия:
Гироскопические силы - механические силы, зависящие от положения и скорости материальной точки, к которой они приложены, и всегда направленные перпендикулярно к этой скорости.
Реальная физика:
Гироскопические силы - силы, зависящие от скоростей и обладающие тем свойством, что сумма их работ (или мощностей) при любом перемещении системы, на которую действуют эти силы, равна нулю.
Так же само описывает гироскопические силы “Физическая энциклопедия” и миллионы других статей.
Кажется это исчерпывающее описание данных сил, мы все о них знаем, рассчитываем их и пользуемся результатами расчетов в практике. Но вот появляется гайка Джанибекова, и требуются значительные усилия научного сообщества, чтобы осмыслить данное явление. Конечно, могло случиться так, что Джанибеков мог бы и не обнаружить данное явление, и мы бы спокойно жили и не думали о перевороте Земли. Правда, даже если мы будем все знать о перевороте Земли, мы ничего поделать с этим явлением не сможем, но как-то подготовится к этому катаклизму, было бы желательно. Я попытаюсь придать этим силам физический смысл, то есть указать на физический объект, который с создает эти силы, как на рычаг, переворачивающий камень.
Рассмотрим поведение волчка в различных состояниях.
1. Не вращающийся волчок в невесомости будет сохранять свое положение сколь угодно долго. На Земле положение волчка стоящего на оси вращения неустойчиво. Малейшее смещение оси вращения Оа волчка от вертикальной оси Оо приводит к тому, что часть 2 (относительно вертикальной плоскости) волчка становится тяжелее части 1 и волчок падает. Какие физические процессы происходят в этом случае в волчке
Гравитационное воздействие F2 на часть 2 больше гравитационного воздействия F1 на часть 1 и волчок падает в сторону большей силы.
2. Приведем волчок во вращение вокруг оси Оо. При определенной скорости вращения волчок перестает падать и приобретает устойчивое состояние, из которого невозможно его вывести даже при отклонении оси волчка в положение Оа от оси вращения.
Спрашивается: почему он не падает при том же отклонении? Классический ответ: он не падает, потому что сохраняется момент вращения. А почему и какими силами сохраняется момент вращения? Почему, например, при 10 оборотах в минуту этот момент вращения не сохраняется и волчок падает, а при 1000 оборотов в минуту этот же самый волчок сохраняет момент вращения так, что его трудно свалить? Ведь когда сила F отклонит ось волчка от оси вращения, то сила F2 будет больше силы F1. Что скомпенсирует силу F2 – F1? Это же физическая величина (разность сил), это гравитация. Ее то и должна скомпенсировать какая-то физическая сила.
А как могут скомпенсировать эту силу гироскопические силы, если их равнодействующая равна нулю. И даже подтверждают это якобы умными формулами:
Но все же: почему не падает волчок? Посмотрим на Рис. 4.
Диск вращается вокруг оси Z. Подействуем на точку а диска силой F, которая придаст данной точке некоторое ускорение. Пусть импульс Ft будет коротким по отношению к скорости вращения диска, то есть за время действия данного импульса диск проворачивается на незначительный угол. Эта сила будет стремиться повернуть диск вокруг оси X, стрелка 1.
Электрон точки а, получив ускорение, обязан излучить инерционный фотон. А мы знаем, что для излучения фотона требуется определенное время. Чем большей энергии излучается фотон, тем дольше он излучается. Пока фотон излучается, ничего не происходит. Все замирает или движется по инерции.
В нашем случае, пока инерционный фотон находится в процессе генерации, диск вращается вокруг оси Z и вокруг оси X, со скоростью приданной импульсом силы F.
За время генерации фотона точка a диска сместится в положение б, где и будет излучен инерционный фотон Fи. И как видим из рисунка, этот импульс будет не только противиться силе А, пытающейся опрокинуть диск вокруг оси X, но и сам будет стремиться повернуть диск вокруг оси Y по стрелке 2. Чем больше сила F, тем большее ускорение точки a, тем более мощный генерируется фотон и тем дольше он генерируется. В результате большего времени генерации возрастает плечо момента аб. Обратная связь оказывается отрицательной и поэтому система обладает устойчивостью. Естественно, что чем больше скорость вращения, тем более устойчивая система.
Можно сделать вывод, что волчок не падает из-за наличия инерционных фотонов.
Еще раз напомним, что это не какие-то особые фотоны, а те, которые мы наблюдаем в виде всевозможных излучений, в том числе и в виде торсионных полей. Очевидно, что все эти виды излучений обладают спектром, сильно совпадающим со спектром абсолютно черного тела.
Вращающийся диск – это простейший гироскоп. Соотношение инерционной силы, возмущающей силы и способа приложения этой силы может приводить к разнообразным видам поведения гироскопа.
Если раскрутить волчок с острой опорой и поставить его на плоский стол под углом, то наклоненный волчок не упадет на стол, а начнет вращаться вокруг вертикальной оси с некоторой угловой скоростью (Рис. 5).
Сила веса Fg , как и в случае силы F (Рис. 4), будет стремиться опрокинуть волчок. В какой-то момент она придаст ускорения электронам волчка и заставит их излучить инерционные фотоны, которые в сумме создадут силу инерции Fи, которая всегда окажется больше силы Fg , если волчок не упал. Дальше мы увидим, что будет, если эти две силы будут сравниваться.
Но эти силы инерции из-за задержки генерации фотонов выходят из плоскости рисунка и пытаются развернуть волчок в плоскости перпендикулярной плоскости рисунка. Но точка опоры волчка неподвижна и ось волчка поворачивается относительно точки опоры по стрелке 2 (Рис. 6).
Ось волчка начинает двигаться, описывая боковую линию конуса. Такое движение гироскопа называется прецессией. Расчеты, которые можно найти в любом учебнике, показывают, что скорость прецессии в первом приближении описываются формулой:
Как видим, из формулы следует, что, чем выше скорость вращения гироскопа, тем меньше скорость прецессии. А согласно нашим рассуждениям (рисунок 6) следует, что чем выше скорость вращения, то генерируется более мощный инерционный фотон. Следовательно, появлялся больший момент для вращения гироскопа относительно оси Y, что должно приводить к увеличению скорости прецессии.
Действительно, при окружной скорости диска v1д и скорости наклона гироскопа vг, диск наклоняется к нам, результирующая скорость будет равна V1, которая генерирует фотон силы F1и. Эта сила будет стремиться повернуть волчок по стрелке 2 вокруг оси Y. Эта сила представляет силу прецессии. Если окружная скорость диска будет больше, например, v2д, то соответственно должен быть генерирован инерционный фотон большей мощности, который создаст большую силу прецессии F1и. Это будет справедливо, если скорость vг будет одна и та же.
Формула и опыт показывает, что скорость падает. Но никакого противоречия здесь нет. При увеличении скорости вращения гироскопа он становится легче, т.е. уменьшается величина mg. Это значит, что, хотя инерционные импульсы и становятся больше, зато еще больше сокращается их количество. Поэтому и получается такой результат. В общем, это все надо считать, а я не умею это делать.
Мы видели, что равновесное положение гироскопа является динамическим. Как только какая-нибудь сила пытается вывести его из равновесного состояния, он излучает инерционные фотоны, которые возвращают его в прежнее состояние. Силы гравитации непрерывно пытаются нарушить равновесное состояние, поэтому ось гироскопа все время “дрожит”. Это практически не заметное “дрожание” в установившемся режиме. При запуске гироскопа или при некоторых возмущениях “дрожание” становится заметным и называется оно нутацией.
Чем резче мы поставим на опору под углом раскрученный гироскоп, тем на большую величину опустится центр тяжести гироскопа от плоскости равновесия (ось гироскопа будет расположена на линии Oa1), в которой будет двигаться центр тяжести при равновесном состоянии (ось будет расположена по линии Оа) (Рис. 7).
Импульс силы Fg + ma спровоцирует генерацию инерционного фотона силы Fи, которая поднимет центр тяжести гироскопа. А поскольку эта сила инерции больше силы требующейся для равновесного состояния, то ось гироскопа окажется на линии Oa2. Затем ось гироскопа снова двинется в направлении линии Oa1. Силы трения в опоре и сопротивления воздуха будут уменьшать составляющую ma, что приведет к затиханию колебаний, вызванных резкой постановкой гироскопа, но “дрожание” оси гироскопа из-за нутаций останется.
В статье Интернет ”Лекция 11. Гироскопы” есть такая картинка (Рис. 8) с описанием.
“Характер траектории, по которой движется вершина гироскопа, зависит от начальных условий. В случае рис. 96, а гироскоп был раскручен вокруг оси симметрии, установлен на подставке под некоторым углом к вертикали и осторожно отпущен. В случае рис. 96,б ему, кроме того, был сообщен некоторый толчок вперед, а в случае рис. 96,в - толчок назад по ходу прецессии”.
Как видим, есть некоторая сила, которая заставляет двигаться ось гироскопа по таким замысловатым линиям. Эта сила не является силой трения, ибо дальше говорится:
“Если за счет трения в опоре нутации гасятся быстрее, чем вращение гироскопа вокруг оси симметрии (как правило, так и бывает), то вскоре после "запуска" гироскопа нутации исчезают и остается чистая прецессия”.
Стало быть, если бы не было сил трения, то нутации не исчезали бы. Какие-то силы добавлялись бы в движение гироскопа, и он бы двигался таким образом, как показано на рисунке 8. Что это за силы и как они действуют? Рис. 9.
Выше мы рассмотрели, что инерционный импульс, вызванный силой тяжести Fип, вращая диск гироскопа вокруг оси X, заставляет его возвратится в прежнее положение (сохраняет момент импульса), и вращает его вокруг оси Y, чем заставляет гироскоп прецессировать. Импульс силы тяжести F вызывает генерацию инерционного фотона Fип, импульс которого не совпадает, из-за задержки его генерации, с импульсом силы тяжести. По этой причине и возникают два вышеуказанных момента.
Рядом с электроном, излучившим фотон силы Fип и придавший ускорение диску, находится множество других электронов, которые излучат другие инерционные фотоны соответствующей силы Fин. Причем эти силы будут сдвинуты друг относительно друга на величину бв. Fин образует два момента, которые и внесут свою лепту в организацию движения гироскопа. Эти инерционные фотоны и есть та сила, которая ответственна за нутацию.
Соотношение сил нутации Fин и сил прецессии Fип создает ту или иную форму нутации. Величина этих сил зависит от ускорений диска, а они частично зависят от начальных условий движения.
Казалось бы: ну зачем человек ломится в открытую дверь? Рисует картинки, что-то пытается рассказать. Ведь в той же лекции 11 ученые все движения гироскопа описали строгими математическими формулами, все объяснили. Похоже, что не все. Вопрос: закрутиться ли наша Земля, подобно гайке Дженибекова? – остался открытым.
Главная Вверх