자이로스코프 운동 도구

자이로스코프 운동도구는 물리치료의 일환으로 손목을 운동하거나 손바닥, 팔뚝, 손가락의 힘을 기르기 위해 사용하는 장치다.또한 회전 역학의 일부 측면에 대한 독특한 시연으로도 이용될 수 있다.이 장치는 테니스 공 크기의 플라스틱이나 금속 껍데기를 자유 회전 질량 주위에 둘렀으며, 짧은 리핑 끈으로 시작한다.일단 내부의 자이로스코프가 충분히 빨리 진행되면, 장치를 잡고 있는 사람은 손목을 원형 동작으로 움직여서 회전 질량을 높은 회전 속도로 가속할 수 있다.

역사

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역학

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이 장치는 외피 내부의 회전 질량으로 구성된다.이 껍질은 내부의 질량을 거의 완전히 덮으며, 작은 원형 개구부만이 자이로스코프를 수동으로 시작할 수 있다.회전하는 질량은 얇은 금속 차축에 고정되어 있으며, 각 끝은 외피에 있는 원형 적도 홈에 갇히게 된다.차축의 끝을 위해 그 안에 두 개의 노치가 들어 있는 가벼운 링이 홈에 놓여 있다.이 링은 홈에서 미끄러질 수 있다; 그것은 회전하는 자이로스코프를 껍질 중앙에 고정시켜 두 개가 접촉하는 것을 막지만(자이로의 속도를 늦출 것이다), 여전히 차축의 방향은 바꿀 수 있다.

회전 질량이 균형을 이루므로 회전 속도를 높일 수 있는 유일한 가능성은 홈의 옆면이 차축의 끝단에 힘을 발휘하는 것이다.나아가 정상력과 축력은 아무런 효과가 없으므로 마찰력에 의해 접선력이 제공되어야 한다.차축이 정지해 있으면 마찰이 회전 속도를 늦추는 작용을 할 뿐, 토크를 가해 차축을 돌리면 상황은 크게 달라진다.

이는 홈의 평면이나 차축에 정렬된 축 주위를 제외한 어떤 방향으로 쉘을 기울이면 이루어질 수 있으며, 홈을 따라 차축 끝단이 이동하게 된다.시프트의 방향과 속도는 자이로스코프의 사전 처리를 위한 공식에서 찾을 수 있다: 적용된 토크는 사전 처리의 각도 속도와 회전 질량의 각도 운동량의 교차 산출물과 동일하다.여기서 가장 중요한 관찰은 토크가 충분히 크면 축과 홈 표면 사이의 마찰이 회전 속도를 높일 수 있는 방향이라는 것이다.

이상해 보일 수도 있어결국 차축이 수평 홈에서 움직이고 있다면 회전 속도를 높이는 작용을 하는 한쪽 끝의 마찰은 반대쪽 끝의 마찰에 의해 취소되어 반대 방향으로 작동하게 된다.차이점은 토크가 작용하고 있기 때문에 축의 한쪽 끝은 홈의 한쪽으로 밀리고 다른 쪽 끝은 다른 쪽으로 밀리고 있다는 것이다.마찬가지로 토크가 어느 방향으로 가해지는지는 중요하지 않다.토크가 역전되면 차축의 각 끝은 홈의 반대쪽을 누르고 있지만, 전처리 방향도 역전된다.The only restriction is that the relative speed of the surface of the axle and the side of the groove due to precession, ${\displaystyle {\mathit {\Omega }}_{\mathrm {P} }R_{\mathrm {groove} }}$, must exceed the relative speed due to the rotation of the spinning mass, ${\displaystyle \$$오메가 r_{\mathrm{axle$이 조건을 충족하는 데 필요한 최소 토크는 $I{\displaystyle }$ ${\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}{\mathrm{r}}_{}}$ ${\displaystyle {x\mathrm{}}_{}}$ l ${\displaystyle {\mathrm{e}}_{}}$ /${\displaystyle {}_{}{\mathrm{R}}_{}}$ ${\displaystyle {g\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{o}}_{}}$ v )$({\$}}/$R_{\mathrmatrm$ {$groove}$}}}}}\$우측)$이며$,$ 여기서 나는 회전 질량의 관성 모멘트로서 그 속도가 Ω이다.

회전 가속은 적용된 토크의 방향과 상관없이 발생하므로 충분히 크기만 하면 구동 모션의 미세 조정 없이 장치가 작동하게 된다.쉘의 기울기는 전열과 특정한 위상 관계를 가질 필요도 없고 심지어 같은 주파수를 가질 필요도 없다.슬라이딩(키네틱) 마찰은 대개 정적(스티킹) 마찰과 거의 비슷하므로, 홈의 측면을 따라 미끄러지지 않고 액슬이 구르는 토크의 값을 정밀하게 적용할 필요도 없다.이러한 요소들은 초보자들이 단지 몇 분간의 연습 후에 회전 속도를 빠르게 하는 법을 배울 수 있게 해준다.

By applying the proportionality of the force of friction to the normal force, ${\displaystyle F_{\mathrm {f} }=\mu _{\mathrm {k} }F_{\mathrm {n} }}$, where ${\displaystyle \mu _{\mathrm {k} }}$ is the kinetic coefficient of friction, it can be shown that the torque spinning up the mass is a fact또는 ${\displaystyle {\mu k(}_{}{\mathrm{r}}_{}}$ ${\displaystyle {x\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{l}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{e}}_{}}$/ R ${\displaystyle {g\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{o}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{o}}_{}}$v $){\$의 토크가 쉘에 적용되는 토크보다 작다$$.마찰력은 기기 작동에 필수적이므로 홈을 윤활하면 안 된다.^[1]

설명했듯이 외부 운동량(손과 팔 근육)에 의해 공급되는 에너지는 자기 축을 중심으로 하는 자이로스코프의 회전 에너지로 직접 변환할 수는 없지만, 전처리 회전 에너지로 변환된다.자이로스코프 샤프트와 홈의 측면 사이의 마찰로 인해 이 에너지의 일부는 자이로스코프 자신의 축을 중심으로 회전하는 에너지로 변환되어 가속된다.마찰이 생기고 볼링공처럼 둥근 물체가 수평면을 따라 던져질 때 이런 현상이 일어난다.공의 운동 에너지의 일부는 마찰로 인해 회전 에너지로 전환된다.

참조

위키미디어 커먼스는 자이로스코프 운동 도구와 관련된 미디어를 가지고 있다.