Aplicar una fuerza a una rueda giratoria.

Considere una rueda con el punto central O de la rueda fijo y girando libremente alrededor de un eje que pasa por O. Suponga que gira en el plano horizontal y que no se le aplica ninguna fuerza. Ahora, de repente aplicamos una fuerza F a ella como se muestra en la figura.ingrese la descripción de la imagen aquí

Del experimento, debido al efecto del giroscopio, la rueda comenzará a girar sobre el eje x , ya que el F la fuerza surtirá efecto 90 grados adelante.

Pero las ecuaciones no muestran eso. Tenemos las ecuaciones de movimiento de Euler METRO X = I X ω ˙ X ( I y I z ) ω y ω z , METRO y = I y ω ˙ y ( I z I X ) ω z ω X y METRO z = I z ω ˙ z ( I X I y ) ω X ω y .

También tenemos en el instante aplicando fuerza F eso,

ω X = ω y = 0 ,
METRO X = METRO z = 0 , y
METRO y = F R ,
donde R es el radio de la rueda.

Entonces las ecuaciones de Euler son entonces,

0 = I X ω ˙ X ,
F R = I y ω ˙ y  y
0 = I z ω ˙ z .

Esto implica que ω ˙ X = 0 . Este resultado no coincide con el resultado experimental de que ω ˙ X 0 .

¿Qué me estoy perdiendo?

Respuestas (1)

No te perdiste nada. En tu pregunta analizas correctamente la dinámica en el instante t = 0 . Si usa el mismo argumento, después de la aplicación de la fuerza F durante el intervalo de tiempo d t verás que

F . R = I y ω ˙ y ω y = F . R d t I y ,
y luego de las ecuaciones de Euler
METRO X = I X ω ˙ X ( I y I z ) ω y ω z ω ˙ X = ( I y I z ) I X ω z F . R d t I y 0.