Wie kommt ein Seiltänzer wieder ins Gleichgewicht?

Ich verstehe nicht, wie Seiltänzer wieder ins Gleichgewicht kommen.

Ich mache mir keine Sorgen um die Richtung entlang des Seils oder Drahts, wo ihre Basis groß sein kann und sie in der Lage sind, ihren Fuß vorwärts oder rückwärts zu bewegen.

Ich denke an das System durch den Draht. Können wir der Einfachheit halber davon ausgehen, dass der Draht perfekt gespannt ist, sodass der Kontaktpunkt fixiert ist? Der Läufer ist eine Masse (oder verbundene gelenkige Massen), die über einem Punkt (dem Draht) balanciert sind, mit dem sie durch einen reibungsarmen Drehpunkt verbunden sind.

Der Läufer befindet sich im Gleichgewicht, wenn sich sein Schwerpunkt direkt über dem Drahtseil befindet.

Ich habe die ersten Google - Treffer gelesen . Sie erwähnen, dass eine Stange oder eine andere Vorrichtung getragen werden kann, um ein größeres Trägheitsmoment bereitzustellen, das den Beginn von Rotationen dämpft. Sie erwähnen auch, dass es den Schwerpunkt senkt, was das Drehmoment verringert, das die Rotation beginnt. Das macht Sinn und ich kann sehen, dass das helfen würde. Was sie nicht erwähnen, ist, wie ein Wanderer ins Gleichgewicht zurückkehrt, sobald er sich davon entfernt hat.

Erhaltung

Das ist wahrscheinlich sehr verwirrend, aber was auch immer ein Wanderer tut, er muss als Ganzes (System) den Massenmittelpunkt (und Impuls) erhalten, richtig? Aus diesem Grund verstehe ich nicht, wie irgendetwas, das sie tun können (etwa ein Bein nach außen bewegen), tatsächlich einen Unterschied machen kann! Jede Änderung, die sie vornehmen, lässt sie nur mit unterschiedlich verteilter Masse zurück, aber mit dem Massenschwerpunkt am selben Ort und immer noch nicht im Gleichgewicht.

Auf einem Bein stehen

Ich denke, dass ein ähnliches System im Spiel ist, wenn ich auf einem Bein balanciere. Ich habe festgestellt, dass ich, wenn ich auf meinem rechten Bein stehe und mich aus dem Gleichgewicht bringe, indem ich nach rechts falle, mein linkes Bein anhebe, um mich irgendwie auszugleichen. Warum sorgt der Naturschutz nicht dafür, dass mich das Anheben meines Beins einfach weiter nach rechts kippt?

"Praktischer Nutzen

Da ein Seiltänzer balancieren kann, muss es sicherlich möglich sein, ein (zusammengesetztes) umgekehrtes Pendel zu bauen , das balancieren kann, ohne seinen Bodenkontaktpunkt so zu bewegen, wie es diese Steuersysteme normalerweise tun?

Vielleicht interessiert es Sie zu wissen, dass diese Frage in vielen anderen Formen gestellt wurde, von Schlittschuhläufern über Astronauten bis hin zu fallenden Katzen .
@ChrisWhite Vielen Dank, das hilft, insbesondere diese Antwort zum Aufrichten von Katzen / Astronauten . Eine andere Antwort erwähnt ein Reaktionsrad , das einer Person nicht zur Verfügung steht, aber zeigt, wie es einem System möglich ist, seine Einstellung anzupassen.
Wenn ich also versuche, auf einem Bein (rechts) zu balancieren, und ich mein anderes Bein nach oben "werfe" (links), gibt mir diese Beschleunigung ein Drehmoment, das ausreicht, um meinen gesamten Körperschwerpunkt nach hinten über meine rechte Seite zu ziehen Fuß, dann kann ich das Bein abbremsen. Ich bin immer noch etwas verwirrt, warum mich das nicht wieder aus dem Gleichgewicht bringt.
@Ben Ich nehme an, der Seiltänzer verwendet eine Art negative Rückkopplungsschleife, um sich zu stabilisieren. nach rechts fallen -> nach links bewegen. jetzt nach links fallen -> nach rechts bewegen usw. Wahrscheinlich bringen sie sich ständig aus dem Gleichgewicht, korrigieren usw. wie oben
es hängt davon ab, wie gut der Seiltänzer die Korrekturen macht, aber eine negative Rückkopplungsschleife könnte ihn wieder ins Gleichgewicht bringen, selbst wenn er zB durch einen Windstoß oder einen Fehler verunsichert wurde.

Antworten (1)

Zur Vereinfachung können wir den Draht als perfekt straff behandeln.

Dadurch kann das Seil eine Kraft auf den Seilläufer (TRW) ausüben.

Stellen Sie sich das TRW der Einfachheit halber auch als Festkörper mit einem Festkörperstab vor, der um eine Achse parallel zum Seil an einer festen Stelle relativ zum TRW gedreht werden kann.

Wenn das TRW nun im Uhrzeigersinn kippt, befindet sich sein Schwerpunkt rechts vom Seil, und das durch die Schwerkraft erzeugte Moment fügt den Impuls im Uhrzeigersinn hinzu. Wenn der TRW gegen den Uhrzeigersinn kippt, fügt die Schwerkraft in ähnlicher Weise den Gegenuhrzeigersinn hinzu.

Die Winkelposition des TRW bestimmt also, ob der Drehimpuls im Uhrzeigersinn zum System TRW+Pol hinzugefügt oder subtrahiert wird. Diese Winkelposition wird durch Integrieren des Drehmoments des TRW (geteilt durch das Trägheitsmoment) bestimmt. Die Größe des Drehmoments, das das TRW hat, kann modifiziert werden, indem Impuls zum und vom Pol übertragen wird. Während dies den Drehimpuls des TRW+Pol-Systems nicht direkt beeinflusst, ermöglicht es dem TRW, seinen Winkel zu steuern, was wiederum den Impuls des Systems beeinflusst.

Wenn der TRW also zu viel Schwung im Uhrzeigersinn hat und wieder ins Gleichgewicht kommen möchte, kann er viel Schwung im Uhrzeigersinn auf die Stange übertragen, um sich vorübergehend gegen den Uhrzeigersinn zu kippen. Wenn sie weit genug kippen, wird die Schwerkraft den zusätzlichen Impuls im Uhrzeigersinn auffressen, und die TRW können dann einen Teil des Impulses zurücknehmen, der der Stange gegeben wird, um sich selbst in einen neutralen Winkel zurückzubringen.

Danke! Ich denke, das macht sehr viel Sinn – aber ich sagst du manchmal inertiaanstelle von momentum? Das grundlegende Element scheint zu sein, dass es nicht darum geht, Masse zu bewegen, um den Schwerpunkt anzupassen. Stattdessen geht es um temporäre Drehimpulsübertragungen von einem Teil des Systems zum anderen?
@Benjohn Wow, ich habe letzte Nacht wirklich nicht genug geschlafen. Danke für die Warnung.
@Benjohn Die Drehimpulsübertragungen ermöglichen eine vorübergehende Verlagerung des Massenschwerpunkts, und die Position des Massenschwerpunkts ermöglicht eine dauerhafte Erhöhung oder Verringerung des Drehimpulses. Es geht also um beides.
@Benjohn - Zur gleichen Zeit, in der der Impuls im Uhrzeigersinn auf die Stange übertragen wird, übt der Läufer auch eine rechte Kraft auf den Draht aus, koexistent mit dem Draht, der eine linke Kraft auf den Läufer ausübt. Diese linke lineare Kraft vom Draht entspricht einer Bewegung des Massenmittelpunkts von Gehhilfe und Stange zurück nach links.
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