Kappaleen pyörimisakseleiden lukumäärä

AamukahviaKohtaKeitän

Täällä oli ilahduttava keskustelu peilien tavasta "vaihtaa vasen ja oikea keskenään."

Kuuluisiko seuraava, mielestäni mielenkiintoinen fysiikkapalstalle tai matematiikkapalstalle:


Kuinka monen akselin ympäri voi kappale samanaikaisesti pyöriä vapaana avaruudessa?

Onko vastaus ilmiselvä? Osaako joku perustella yksinkertaisesti?

12

233

    Vastaukset

    Anonyymi (Kirjaudu / Rekisteröidy)
    5000
    • Pyörivällä kappaleella on yksi pyörimisakseli, suora, jonka suuntainen kulmanopeusvektori on. Jos kappale ei kosketa mihinkään muuhun , tämä akseli kulkee painopisteen kautta.

    • Ohman

      Tuo on ns. hetkellinen akseli (instantaneous axis). Mutta inertiakoordinaatistossa kappale voi pyöriä kolmen akselin ympäri. Englanninkielessä näillä liikkeillä on omat nimetkin: pitch,yaw ja roll.Ei tule nyt heti mieleen onko suomenkielessä näitä. Vanhana merenkulkijakansana engelsmannit ovat nimenneet nuo kun laivalla myrskyssä voi olla nuo liikkeet. Roll tarkoittaa pyörimistä pituusakselin suhteen, pitch on liikettä ylös-alas ja yaw laivan suunnan muutosta eri ilmansuuntiin.

      Matemaattisesti nämä liikkeet ovat tuon hetkellisen kulmanopeuden komponentit kolmelle akselille. 3-ulotteisessa avaruudessa jokainen vektori voidaan esittää kolmen kantavektorin summana.

      Ohman

    • AamukahviaKohtaKeitän

      Kerran eräs tuttu teoreettisen fysiikan opiskelija sanoi olevansa varma vastauksesta, hän oli löytänyt sen ohimennen hyvin matemaattisen näköisestä mekaniikan oppikirjasta.

      Itse joskus mietin, että vastaus olisi mahdollisesti perusteltavissa eräiden ihan yksinkertaisten pyörityksiä kuvaavien matriisien ominaisuuksien perusteella.

      Äkkiseltään en muista, tai osaa sanoa, mikä on oikea vastaus, tai perustella sitä tässä, etenkään lyhyesti.

      Ylläolevien kirjoittajien vastaukset ovat mielenkiintoisia, mutta itselläni herättävät lähinnä lisäkysymyksiä!

      • Ohman

        No jos sinä saat kulmanopeusvektorin jaettua useampaan kuin kolmeen riippumattomaan komponenttiin niin teepä se sitten.Minun tietääkseni 3-ulotteisen avaruuden vektori R on muotoa a e(1) b e(2) c e(3) missä e(i) ovat kantavektoreita. Tietenkin jokin tai jotkin kertoimista a,b ja c voivat olla nollia.

        Ohman


    • montaon

      Maapallokin on avaruudessa ainakin viidessä "pyörimisliikkeessä".
      Oman akselinsa ympäri, auringon ympäri, akseli on hyrräliikkeessä, maa ja kuu pyörivät yhteisen painopisteensä ympäri ja linnunrata spiraalia

    • Ohman

      Kulmanopeuden ilmaisemiseksi on otettava käyttöön jokin koordinaatisto. Tässä kulmanopeus on noiden mainitsemiesi eri kulmanopeusvektoreiden summa ja kyllä sillä resultantilla on siis 3 komponenttia.

      Mutta taitaa tämä ketju siirtyä nyt viisastelun puolelle joten jatkakaa "viisaat"!

      Ohman

    • GyroskooppiIlmiö

      Ota joku pyöreä pallomainen hedelmä ja lävistä se jollakin puikolla. Kuvittele sen pyörivän siinä koko ajan. Kiinnitä puikko vaakasuoraan jonkun sopivan pöydällä olevan avonaisen astian reunojen päälle. Voit ruveta pyörittämään koko viritelmää pöydän päällä. Onnistuu hyvin. Mutta jos se pallo pyörisi oikeasti puikon ympäri vaikkapa 100 kierrosta sekunnissa, niin sen astian pyörittäminen vaatisi voimaa ja siis energiaa. Sama juttu sen kolmannen pyörimissuunnan kanssa. Onkos tuttu laite esim. kompasseissa? Gyroskooppi. Voit kokeilla myös samaa lujaa pyörivän pyörän kanssa.

      Eli voimaa käyttäen saat kappaleet liikkumaan mielivaltaisesti. Et vapaasti.

    • AamukahviaKohtaKeitän

      Olisiko sitten niin, että kappaleen ollessa "vapaana" avaruudessa (tarkoitin ilmeisesti, että mikään ulkoinen voima ei siihen vaikuta ja puhutaan newtonilaisesta mekaniikasta, eli gravitaatio olisi voima), pyörimisakseleita olisi juuri tuo yksi kappale, ilmeisesti jonkinlaisen gyroskooppi-ilmiön vuoksi?

      Enempää kuin kolme ei pyörimisakseleita voisi olla, mutta mahdollisesti kahden tai kolmen akselin ympäri kappaleen saisi samanaikaisesti pyörimään, käyttämällä jatkuvasti voimaa (eli kappale ei olisi "vapaana")?

      Mitenköhän näitä sitten perustelisi, en tiedä. Tai meneekö edes oikein?

      Gyroskooppi-ilmiössähän on kyse tietysti inertiasta, mutta miten sitä kautta saisi jonkun lyhyen, täsmällisen "matemaattisen" perustelun, en tiedä...

    • NoinOn

      Mekaniikassa aikoinaan opin, että jos on vaikkapa suorakulmaisen särmiön muotoinen kappale, jolla on kolme selvästi erilaista hitausmomenttia, se pyörii vakaasti suurimman ja pienimmän hitausmomenttinsa suunnassa, mutta epävakaasti keskimmäisen hitausmomenttinsa suunnassa. Asiaa voi testata vaikkapa tiiliskivellä.

    • AamukahviaKohtaKeitän

      Taitaa olla koneteekkareille ihan hyvin omaksuttujen peruskurssien asiaa, muut eivät tarvitse mekaniikkaa sillä tasolla?

    • Vastaus on ilmiselvä: kappaleella on vain kolme liikevapautta pyöriä

      • Akselit voidaan tietenkin valita vapaasti. Muuttujia on kuitenkin tasan kolme.


    Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.

    Luetuimmat keskustelut

    1. Medvedev: Suomi tuhoutuu ydinsodassa ensimmäisenä

      Venäjän ydinaseilla on lyhyin matka Suomeen, joten ydinsodassa Suomi tuhoutuu heti sodan alkuminuuteilla, muilla mailla
      Maailman menoa
      544
      1782
    2. Hotellille löytyi ostaja....

      Tämän päivän Kainuun Sanomissa oli uutinen, että pesänhoitajan mukaan Hotelli Kainuu myydään ensiviikolla. Hieno homma,
      Kuhmo
      18
      877
    3. Sinä. Just sinä.

      Palataan ajassa taaksepäin vuosi tai kaksi. Mitä tekisit toisin jos voisit?
      Ikävä
      84
      863
    4. Onko se loukkaavaa

      Kun joka kerta tuijotan sun peppua. En mahda sille mitään, että se vangitsee katseeni. Pohdin vain että ei minusta ole k
      Ikävä
      101
      806
    5. Onko kaivattusi seinäruusu?

      Kun hän saapuu paikalle, huomaako kukaan, vai kääntyvätkö päät? Onko se hyvä vai huono juttu? Oletko sinä huomattu vai
      Ikävä
      50
      719
    6. Tiedätkö kaivattusi musiikkimaun?

      Minkälaisesta musiikista hän pitää?
      Ikävä
      63
      705
    7. Saana airola ja. muusikko spekulaatiota

      Saara airolan kirja muusikko mies. Oisko redrama tai lauri tähkä? Saana oli 13 v vuonna 2014 Tekoäly sanoo : tähkä Julki
      Yhteiskunta
      2
      697
    8. Miten kuvaisit tunteitasi

      tällä hetkellä?
      Ikävä
      63
      666
    9. Jos saisit palata takaisin johonkin vuoteen

      Mikä vuosi se olisi? Ja mitä siinä hetkessä tapahtuisi?
      Ikävä
      73
      618
    10. Moi, olen Lampunhenki

      Kerro toivomuksesi🏺
      Ikävä
      65
      533
    Aihe