Ableitung der Präzessionsrate eines Radkreisels [geschlossen]

Ich habe im Internet gesucht und alles, was ich finden konnte, ist die Präzessionsrate eines Kreisels. Aber was ich will, ist die Ableitung der Präzessionsrate eines Rades, das an einem Seil hängt, wie unten gezeigt:

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die aus diesem Video entnommen ist .

Das sagt Professor Walter Lewin in seinem Video

ω Präzession = τ L drehen

Aber die Herleitung wird in diesem Video nicht gegeben. Es wäre also sehr dankbar, wenn mir jemand die Herleitung geben könnte.

Antworten (1)

Es gibt einen formelleren/mechanischeren Weg, aber ich denke, das könnte einfach genug sein, während es korrekt ist. Es könnte auch einen direkteren Weg geben, dies zu tun.

Ich verwende Zylinderkoordinaten.

Wir kennen das Drehmoment (ungefähr der Ursprung ist).

τ = τ ϕ ^
Da es sich um einen flachen symmetrischen Kreisel handelt, wissen wir auch, dass die Winkelgeschwindigkeit des Körpers parallel zum Drehimpuls des Körpers ist. Dann,
L = L ρ ^ .
Der Zusammenhang zwischen Drehimpuls und Drehmoment ist
D D T L = τ .
Beachten Sie, dass die Größe des Drehimpulses konstant ist, da sowohl Drehmoment als auch Drehimpuls für alle Zeiten senkrecht stehen.
L D D T ρ ^ = τ ϕ ^ L ( D D T ρ ^ ) ϕ ^ = τ ( ϕ ˙ ϕ ^ ) ϕ ^ = τ L ϕ ˙ = τ L
Seit ϕ ˙ ist konstant (sowohl τ Und L sind), nennen wir sie ω Präzession .

Es scheint, dass dies falsch ist. Da die Richtung der Präzessionsbewegung in Richtung des Drehmoments ist, die Richtung der Präzessionswinkelgeschwindigkeit jedoch senkrecht zum Drehmoment und Drehimpuls ist, v = ω × R .
Präzessionswinkelgeschwindigkeit ω Drücken Sie. z ^ senkrecht sowohl zum Drehmoment ( ϕ ^ ) und Drehimpuls ( ρ ^ ). Ich verstehe, dass Sie mit "Präzessionsbewegung" meinen ω Drücken Sie. × R ϕ ^ , in diesem Fall stimme ich zu, dass es die gleiche Richtung wie das Drehmoment hat. Ich verstehe nicht, worauf du hinauswillst, dachte ich. Können Sie darauf hinweisen, welchen Schritt Sie falsch finden?
Du hast oben geschrieben, τ ist in ϕ ^ Richtung. In den letzten beiden Schritten haben Sie die Winkelgeschwindigkeit in der gleichen Richtung wie das Drehmoment abgeleitet, während sie sowohl zum Drehmoment als auch zum Drehimpuls senkrecht ist.
τ ist tatsächlich drin ϕ ^ Richtung. Die letzten drei Gleichungen sind Skalargleichungen in Bezug auf ihre Größen, nicht vektoriell. Ich habe nicht geschrieben ω Drücken Sie. τ , falls du das meinst.
τ ist in ϕ Richtung. L ist in ρ . In Drehmomentrichtung ist v So, ω = v ρ ( ρ ^ × ϕ ^ ) . Die Präzessionswinkelgeschwindigkeit ist also in Richtung senkrecht zu ϕ Und ρ , das heißt vertikale Richtung oder z ^ .
Ja, ich stimme zu und ich habe nie etwas anderes gesagt. Auch hier sind die letzten drei Gleichungen nicht vektoriell, sondern skalar (ich habe das innere Produkt genommen). Das heißt, sie setzen die Größe der vektoriellen Größe Präzessionswinkelgeschwindigkeit in Beziehung zu den Größen der vektoriellen Größen Drehimpuls und Drehmoment.