Гироскопический инструмент для упражнений

Видео, показывающее использование - от начала вращения «шнурком» с различными движениями удерживающей руки до остановки ротора второй рукой. Продемонстрированные скорости частично очень высоки и не рекомендуются для обычных упражнений из-за высоких результирующих усилий.

Гироскопический инструмент для упражнений — это специализированное устройство, используемое в физиотерапии для улучшения силы запястья и содействия развитию мышц ладони, запястья, предплечья и пальцев. Его также можно использовать как уникальную демонстрацию некоторых аспектов вращательной динамики . Устройство состоит из пластиковой или металлической оболочки размером с теннисный мяч, окружающей свободно вращающуюся массу, с тяжелым внутренним сердечником, который можно раскручивать с помощью короткой веревки. Как только гироскоп внутри начнет двигаться достаточно быстро, человек, держащий устройство, может ускорить вращающуюся массу до высоких скоростей вращения, совершая круговые движения запястьем. Сила, действующая на пользователя, увеличивается по мере увеличения скорости внутреннего гироскопа.

Механика

Внутри внешней оболочки вращающаяся масса прикреплена к тонкой металлической оси, каждый конец которой зажат в круглой экваториальной канавке во внешней оболочке. Легкое кольцо с двумя выемками на концах осей упирается в канавку, позволяя шарику вращаться перпендикулярно оси вращения кольца.

Для увеличения угловой скорости шарика стороны канавки прилагают усилия к концам оси. Хотя нормальные и осевые силы не оказывают никакого влияния, тангенциальная сила создается за счет трения кольца, действующего на ось. Пользователь может приложить крутящий момент к шару, наклонив корпус в любом направлении, кроме плоскости канавки или вокруг оси, совмещенной с осью. Этот наклон приводит к смещению концов оси вдоль канавки. Направление и скорость этого смещения можно определить по формуле прецессии гироскопа: приложенный крутящий момент равен векторному произведению угловой скорости прецессии и момента импульса вращающейся массы. Скорость вращения внутреннего шара увеличивается по мере увеличения общего приложенного крутящего момента. Направление крутящего момента не имеет значения, главное, чтобы оно было перпендикулярно плоскости вращения шарика. Трение кольца увеличивается на стороне, противоположной плоскости вращения. Этот процесс симметричен в плоскости, перпендикулярной оси. Единственное ограничение состоит в том, что относительная скорость поверхности оси и стороны канавки за счет прецессии (ΩP Rgroove) должна превышать относительную скорость за счет вращения вращающейся массы (ωraxle). Минимальный крутящий момент, необходимый для выполнения этого условия, равен Iω2(Rgroove raxle), где I — момент инерции вращающейся массы, а ω — ее угловая скорость.

Угловое ускорение возникает независимо от направления приложенного крутящего момента, если оно достаточно. Устройство функционирует без точной настройки приводного движения, а наклон корпуса не обязательно должен происходить в ритме прецессии или с одной и той же частотой. Поскольку кинетическое трение почти так же сильно, как и статическое трение для обычно используемых материалов, нет необходимости прикладывать именно тот крутящий момент, который необходим для того, чтобы ось катилась без проскальзывания по стороне канавки. Эти факторы позволяют новичкам научиться ускорять вращение за несколько минут практики.

Используя пропорциональность кинетической силы трения нормальной силе, fk =μk Fn, где μk — кинетический коэффициент трения, можно показать, что крутящий момент, раскручивающий массу, в раз (Rgroove raxle) меньше, чем крутящий момент, приложенный к оболочке. Поскольку сила трения важна для работы устройства, канавку нельзя смазывать, чтобы трение кольца могло воздействовать на гироскоп.

Ссылки