Kul med (cykel)hjul

Hur man bygger ett gyroskop i jätteformat

 

 

  

 

I den tyngdlösa tillvaron i en rymdfärja, som kretsar runt Jorden, experimenterar astronauterna med ett leksaksgyroskop. Trots att de knuffar till det snurrande gyroskopet pekar dess rotationsaxel envist åt samma håll. Alla roterande hjul har denna egenskap. Ett roterande cykelhjul kämpar effektivt mot alla försök att ändra rotationsaxelns riktning. Ja, du kan faktiskt använda dig av denna egenskap för att sätta snurr på dig själv!

 

Ett cykelhjul (billigt eller t.o.m. gratis från en skrotfirma, en cykelmakare eller en kompis).

Två handtag. (Plasthandtag är billiga och duger bra. Köp den sorten som är förberedd för att skruvas på ett verktyg, t.ex. en fil.)

En stol som snurrar lätt. (En vanlig kontorsstol vars hjul man kan låsa fungerar bra.)

( En skruv med ögla, en borr, en kedja eller ett rep som hänger från taket eller från en ställning, ekerskydd)

 

Skruva fast handtagen på hjulaxeln. Du får troligen ta bort de yttre muttrarna för att frilägga tillräckligt stor del av axeln. Det kan vara lämpligt att placera någon typ av ekerskydd i plast närmast axeln - detta för att skydda dina fingrar!

(Borra ett hål i änden på det ena handtaget och fäst ögleskruven.)

 

 

Håll hjulet stadigt (med rotationsaxeln horisontell) i båda handtagen och låt en medhjälpare sätta så hög fart på hjulet som möjligt. Sitt på kontorsstolen med fötterna lyfta från golvet och luta sedan på hjulaxeln. Om stolen har lätt för att snurra kommer den att börja rotera. Luta sedan hjulaxeln åt andra hållet och notera vad som händer.

Sätt fart på hjulet och haka sedan fast ögleskruven i en krok som hänger fritt i en kedja (eller i ett rep) från taket (eller från en ställning). Håll hjulaxeln horisontell och släpp hjulet. Axeln kommer att förbli mer eller mindre horisontell alltmedan den sakta rör sig i en cirkel.

Om du inte har tillgång till kedjan eller repet kan du balansera öglan på dina fingertoppar. Fast detta kräver övning innan man demonstrerar det för andra! Du måste själv flytta dig med hjulet när hjulaxeln roterar.

Ett roterande cykelhjul har ett s.k. rörelsemängdsmoment, vilket är en egenskap som beror på rotationshastigheten, massan och hur massan är fördelad. För ett cykelhjul är t.ex. en större del av massan koncentrerad längs hjulets kant än i centrum. Detta ger hjulet ett stort rörelsemängdsmoment (som dessutom karakteriseras av att det har en riktning).

Du, cykelhjulet och stolen utgör ett isolerat system i vilket rörelsemängdsmomentet är bevarat. Detta betyder att varje ändring i systemets rörelsemängdsmoment måste kompenseras av en lika stor men motsatt riktad ändring. Allt för att nettoeffekten ska bli noll.

Tänk dig nu att du sitter på stolen med cykelhjulet snurrande medurs (rotationsaxeln håller du alltså lodrätt). Hjulet har nu ett rörelsemängdsmoment i en viss riktning. Du kan ändra riktningen på rörelsemängdsmomentet genom att vända cykelhjulet upp och ner - så att det roterar moturs. Ändringen av hjulets rörelsemängdsmoment kompenseras av en ändring av ditt + stolens rörelsemängdsmoment. I systemet som helhet - hjulet, du och stolen - är ju det totala rörelsemängdsmomentet bevarat. Sitter du på en stol som lätt snurrar kommer du verkligen att börja rotera!

Tråkigt nog är den s.k. precessionen av hjulet som hänger i repet inte alls lätt att förklara. Fast det är väl värt att göra experimentet ändå! Ett häpnadsväckande experiment kan man visst göra utan att det måste förklaras. (För den som själv vill ha en förklaring rekommenderas att slå på begreppet "precession" i en grundbok i fysik på universitetsnivå.)

 

Visa 1 kommentar till detta snack

 

19462 besök sedan 16 oktober 2012

ämnen | dokumentation

 

Materialet hämtat från och översatt med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco http://www.exploratorium.edu av Nationellt Resurscentrum för Fysik, http://www.fysik.org