Гироскопический инструмент упражнений

Эта статья о инструменте гироскопических упражнений и игрушке. Для американской лотереи см. Powerball . Для других «Powerballs» см. Powerball (устранение неоднозначности) .

Гироскопический запястье.

Видео, показывающее использование - от начала вращения с «толкания» над различными движениями с держащей рукой, пока не остановит ротор по секунду. Продемонстрированные скорости частично очень высоки и не рекомендуются для нормальных упражнений из -за полученных высоких сил.

Инструмент гироскопических упражнений - это специализированное устройство, используемое в физиотерапии для улучшения силы запястья и способности развития ладони, запястья, предплечья и мышц пальцев. Его также можно использовать в качестве уникальной демонстрации некоторых аспектов динамики вращения . Устройство состоит из пластиковой или металлической оболочки с теннисным мячом , окружающей свободную массу, с внутренним тяжелым ядром, которое можно вращать короткой струной или используя механизм самостоятельного начала путем повторного его протирки против пружины дать ему потенциальную энергию. Как только гироскоп внутри идет достаточно быстро, человек, держащий устройство, может ускорить вращающуюся массу до высоких скоростей вращения, перемещая запястье круговым движением. Сила, принятая на пользователь, увеличивается по мере увеличения скорости внутреннего гироскопа.

Механика

Внутри внешней оболочки вращающаяся масса фиксируется к тонкой металлической оси , каждый конец охватывается в круглой экваториальной канавке во внешней оболочке. Легкое кольцо с двумя выемками для концов оси остается в канавке. Это кольцо может скользить в канавку, позволяя шарику вращаться перпендикулярно поворотной оси кольца.

Чтобы увеличить угловую скорость мяча, стороны канавки оказывают силы на концах оси. Нормальные и осевые силы не будут иметь никакого эффекта, поэтому тангенциальная сила должна обеспечиваться трение кольца , действующего на оси. Пользователь может нанести крутящий момент на шаре, наклоняя оболочку в любом направлении, за исключением плоскости канавки или вокруг оси, выровненной с осью. Наклонение приводит к сдвигу оси заканчивается вдоль канавки. Направление и скорость сдвига можно найти из формулы для прецессии гироскопа углового : приложенный крутящий момент равен поперечному продукту угловой скорости прецессии и импульса вращающейся массы. Скорость вращения внутреннего шара увеличивается по мере увеличения общего количества применяемого крутящего момента. Направление крутящего момента не имеет значения, если оно перпендикулярно плоскости вращения шара. Трение кольца увеличивается на стороне, противоположной плоскости вращения. Этот процесс подчиняется симметрии через плоскость перпендикулярно оси. Единственное ограничение для этого процесса состоит в том, что относительная скорость поверхности оси и сторона канавки из -за прецессии, ${\mathit {\Omega }}_{\mathrm {P} }R_{\mathrm {groove} }$, должно превышать относительную скорость из -за вращения вращающейся массы, $\omega r_{\mathrm {axle} }$Полем Минимальный крутящий момент, необходимый для удовлетворения этого условия, является $I\omega ^{2}\left(r_{\mathrm {axle} }/R_{\mathrm {groove} }\right)$, где я - момент инерции вращающейся массы, а ω - его угловая скорость .

Поскольку угловое ускорение будет происходить независимо от направления приложенного крутящего момента, если он достаточно большой, устройство будет функционировать без какого-либо настройки движения при движении. Наклонение оболочки не должно иметь определенного ритма с прецессией или даже иметь одинаковую частоту. Поскольку кинетическое трение обычно почти такое же сильное, как статическое трение для используемых материалов, не требуется, чтобы применять именно то количество крутящего момента, необходимый для того, чтобы ось катилась, не скользя вдоль стороны канавки. Эти факторы позволяют начинающим научиться ускорять вращение только после нескольких минут практики.

Применяя пропорциональность кинетической силы трения к нормальной силе , $f_{\mathrm {k} }=\mu _{\mathrm {k} }F_{\mathrm {n} }$, где $\mu _{\mathrm {k} }$ является кинетическим коэффициентом трения , можно показать, что крутящий момент , вращающийся по массе, является фактором $\mu _{\mathrm {k} }\left(r_{\mathrm {axle} }/R_{\mathrm {groove} }\right)$ меньше крутящего момента, применяемого на оболочку. Поскольку сила трения имеет важное значение для работы устройства, канавка не должна быть смазана, чтобы позволить трение кольца для введения силы на гиросеро.