Замечание, по поводу аварии на мосту - вполне справедливо!
Но, как и всё в нашей жизни, в точности отражает "индивидуальность" каждого
отдельно взятого человека.
Я же не зря написал: "чем больше скорость, в разумных пределах, тем заметнее эффект". Ключевая фраза: "
в разумных пределах" - а вот уж эти "пределы", каждый устанавливает сам, исходя из опыта, физического состояния, ситуации (обстановки в текущий момент) и прочего. "Излишества" - никогда не идут на пользу!
Итак, на чём мы остановились?
На датчиках ускорения.
Почему же мы начали с датчиков ускорения, а не сразу с "гироскопов"?
Ответ прост. То, что моделисты называют "гироскопом" состоит из очень похожего датчика ... только не линейного ускорения, а угловой скорости. Да и просто - что бы было интереснее!
Для лучшего понимания процесов вернёмся опять к "физической теории".
Как уже писалось не раз, без ускорения можно: или "покоиться на месте", или прямолинейно и равномерно (без ускорения) двигаться. С точки зрения наблюдателя (пассажира в хорошем, очень "плавном и мягком" лифте, с шумоизоляцией и отсутствием окон) обнаружить такое (без ускорения) движение невозможно. Ну или, почти не возможно
Но, нас то интересует не прямолинейное движение, а "поворот", то есть - движение по радиусу.
Очевидно, что движение по какому либо радиусу - не есть движение по прямой. Банальность.
Значит, для того что бы "уйти" с прямолинейного движения к телу необходимо приложить силу, которая будет его "заставлять" двигаться всё время по новой траектории.
* Можно себе представить радиус, как набор очень маленьких прямых, в котором следующая прямая имеет к предыдущей очень маленький угол "поворота". Тогда понятно, что сила нужна для этого "элементарного поворота".Вспомним бытовую стиральную машину. Каким образом она "отжимает бельё" ? Да очень просто!
В её вращающийся барабан, имеющий мелкие отверстия в своей стенке, помещенно мокрое бельё. При вращении барабана на воду и ткань начинает действовать
центробежная сила.
Ткань удерживается внутри барабана его стенками (это -
центростремительная сила, та самая - которая "принуждает" бельё вращаться по радиусу), а вода - в силу своей текучести "отрывается" от ткани и проходя сквозь отверстия в стенках барабана "разлетается" в стороны (под действием
центробежной силы - силы вызваной инерцией и стремлением частичек воды двигаться по прямой, а не по кругу). Для воды нет "центростремительной силы" - за счёт отверстий в стенках барабана.
Возьмём другой простой пример: праща - сложеная пополам верёвка, которую держат рукой за "концы", а в место сгиба - кладут камень (снаряд для метания).
Сначала пращу раскручивают, а потом освободив оба (а лучше только один) конец верёвки, "метают снаряд" по цели.
Скорость "метания" - это линейная скорость (
v), числено равная радиальной скорости в момент перехода от движения по радиусу, к движению по прямой.
Тут важно понять: центробежная и центростремительная силы - численно равны друг другу, но имеют разное направление. Одна направлена от центра, другая к центру.
Та сила что направлена к центру - удерживает наше тело на радиусе (натяжение верёвки) и равна она:
m(v^2)/r .
Тут
m - масса тела,
v - линейная скорость,
r - радиус, по которому движется тело.
Та же сила, что направлена от центра - стремиться "оторвать" наше тело от полёта по радиусу. Центробежная сила - это сила инерции нашего тела, его "желание" перейти к прямолинейному и равномерному движению.
Она равна :
- m(v^2)/r , или через угловую скорость :
- m(w^2)r ( где w - это Омега, угловая скорость)
Зная простое правило, что если на тело действует механическая сила, то она вызовет в теле ускорение, можно понять - что тело двигающееся по радиусу, двигается постоянно с ускорением! То есть, радиальная или угловая скорости постоянны (ускорения нет), но при этом тело постоянно и равномерно ускоряется! В сторону центра своего вращения.
Можно сказать - парадокс. Но, ничего парадоксального на самом деле нет, всё полностью в соответствии с извесными нам законами физики.
Это ускорение называют центростремительным или
тангециальным.
Любопытный читатель вправе задать вопрос:
А если использовать датчик линейного ускорения, то мы сможем обнаружить движение по радиусу? Раз там есть ускорение?
Если использовать один датчик - то нет. Как мы отличим центростремительное ускорение при вращении датчика по радиусу, от просто линейного ускорения при движении всёй "конструкции" по прямой?
Да никак!
А вот если поставить два датчика, на одинаковом радиусе от центра вращения напротив друг друга (на противоположных концах диаметра), то можно.
При вращении - оба датчика будут показывать одинаковую численно величину ускорения, но с разным знаком. А при линейном ускорении, оба датчика покажут одинаковую численно величину ускорения с одинаковым знаком! Вот, на основании этого - мы можем понять, что происходит с нашей "конструкцией".
Включив эти датчики на вход "дифференциального усилителя" - мы получим на его выходе сигнал пропорциональный только центростремительному ускорению! Воздействия от линейного ускорения будут "подавлены" (вычтутся одно из другого). То есть будут равны нулю.
Но такая схема не практична. Она привязана намертво к центру вращения!
Мы должны очень точно размещать наши датчики, на одинаковых радиусах, на одной прямой, совмещать центр ... Иначе - будут очень большие неточности в измерениях.
Это на практике - нереально! Разве что в каком либо устройстве, по типу "колеса турбины" или ещё чем то таком, масштабном и фундаментальном!
Что же делать? Ускорение есть, а измерить его датчиком ускорения - мы не можем? Что придумать?
Ну, там где есть ускорение, есть и скорость (как интеграл ускорения за время).
Чему же равен интеграл центростремительного ускорения? То есть - центростремительная скорость?
Ха!
Смотря за какое время мы его будем считать!
Если мы посчитаем интеграл центростремительного ускорения за полный оборот, то он (а следовательно и центростремительная скорость!) окажется равен НУЛЮ!
Вот так.
В течении полного оборота:
- Сила в направлении центра вращения действует постоянно!
- Тело под действием силы - ускоряется к центру постоянно!
- А скорость тела в направлении центра - равна нулю!
Сначала кажется, что это полная фигня! Такого быть не должно!
Есть сила и ускорение - значит, подать сюда скорость! Ан нет её!
Но, если подумать, то это и на самом деле так! Центр вращения тела - стоит на месте! Двигается только тело по радиусу, а центр - стоит. И тело, "падая" к центру - никогда его не достигает! И соответственно, все "элементарные" движения тела к центру складываясь с переменным (по замкнутому кругу) знаком дают в результате ноль!
Вот, в чём суть замкнутого движения по кругу.
Но что всё это нам даёт? Хм... ну как то, явно что то из всего этого "просится". Скорость угловая - есть. Ускорение центростремительное - есть, при отсутствии скорости ...
Энерция у тела есть. Но, центростремительное ускорение - это вектор параллельный радиусу, а перпендикулярный ему? Там то что с телом?
Ё моё! А если ... ?
А если связь между между угловой скоростью, и энерционностью тела? Может она как то проявляется?
И да, таки! Проявляется!
И проявляется она в
"Силе Кориолиса".
Сразу оговорюсь, что это не "сила" - в "классическом понимании", а "псевдо сила". Как одно из проявлений "сил энерции", присущих любой массе. Я бы предпочёл название "эффект Кориолиса", но - меня не спросили! Да и в формульной записи - размерность у неё как у силы. Поэтому, таковой и считается.
Что же это такое?
Это - проявление энерции тела (желания сохранить прямолинейное, неускореное движение) при вращении "наблюдателя" (вращающейся системе координат).
Ещё одна экскурсия по замечательному городу Санк-Петербургу.
В
Исаакиевском соборе (интересный факт: Исаакиевский собор и здание конгресса США Капитолий построены по одним чертежам.
Кто их у нас "спёр"?) действовал (и кажется по ныне действует?) один из
маятников Фуко Этот маятник наглядно демонстрирует суточное вращение земли. То есть, плоскость его колебаний "поворачивается" (только для наблюдателя, вращающегося вместе с землёй) в противоположную вращению земли сторону.
Можно самому провести похожий эксперимент. Взять длинную нить с грузом для маятника, а самому "изображать вращение земли", поворачиваясь на месте с нитью качающегося маятника в руке.
Так вот, относительно вашего взгляда - плоскость качания маятника будет поворачиваться! Оставаясь постоянной относительно пола. (не учитываем вращение земли)
И "силу" которая "двигает" плоскость качания маятника (как кажется! наблюдателю) - называют силой Кориолиса. Точнее - этой силой называют "действие от тела" (противоположный знак).
Так вот, оказывается, что если "изобразить" маятник и измерять действующую от него силу Кориолиса, то она будет пропорциональна угловой скорости вращения!
И именно угловой! А не радиальной - зависящей от радиуса на котором её измеряют.
Как "изображают" маятник? Да просто! Возбуждают резонансные колебания в "кусочке материала" (того же пьезоэлектрика) и по изменению зазора между этим "кусочком" и "стенкой" - судят о силе Кориолиса. Особая форма "маятника" и специально подобраный размер под определённый характер колебаний в нём позволяют на основе одного физичекого тела измерять скорость вращения сразу в трёх плоскостях! (о чём сам
недавно узнал )
Но, мы же измерям угловую скорость. Какой же это "гироскоп" ? ...
Тема: Есть такой раздел в науке: "Теория управления". (Прочитано 16329 раз)