¿Cómo funciona intuitivamente la estabilización de giro?

No estoy muy familiarizado con la física o la cohetería y tengo muchas dificultades para comprender por qué el giro de un cohete o satélite lo estabiliza. La mayoría de las fuentes que he consultado han dicho que funciona debido a los efectos giroscópicos o porque el giro promedia las fuerzas durante un período de tiempo, pero parece que no puedo entender por qué.

Aproximadamente, porque la perfección es imposible, todo gira alrededor de algún eje. Al estabilizar el giro, elegimos ese eje en lugar de dejar que se elija al azar.
¿Has montado en bicicleta, quitado las manos del manillar y dicho la frase "¡Mira mamá, sin manos!"? Si lo ha hecho, ahí está su sensación intuitiva.
Si quieres experimentar tú mismo, prueba con un frisbee. Si lanzas un frisbee sin girarlo, no llegará muy lejos, sin embargo, si tiene giro, incluso puede chocar con algo y continuar sin volcarse o simplemente caer al suelo de inmediato.

Respuestas (2)

Preámbulo

Es posible que las leyes de conservación nunca sean intuitivas; lo que los convierte en leyes es simplemente que después de todo este tiempo nunca hemos visto excepciones a ellos oa las cosas que los implican .

La conservación del momento angular y la dinámica del cuerpo rígido son las cosas que se utilizan para demostrar que la estabilización del giro funcionará o no en un escenario determinado.

¿Hugh? en un escenario dado? ¿usted pregunta? Si la velocidad de giro es insuficiente, o desafortunadamente ha elegido el eje intermedio para girar, esto puede fallar. Para obtener más información sobre el teorema del eje intermedio, consulte las respuestas a ¿Se aplica el "Teorema de la raqueta de tenis" a la ISS? ¿Rota alrededor de su eje intermedio (inestable)?

tl; dr

La estabilización de giro no es perfecta, solo evita que uno de los ejes de la nave espacial se aleje más de un pequeño ángulo de su dirección inicial, porque no se espera que nada agregue tanto impulso angular como el que le acabas de dar. Sin embargo, provocará una precesión, y eso es solo un resultado o consecuencia de la conservación del momento angular y las matemáticas de la dinámica del cuerpo rígido. Para la mayoría de las personas, simplemente no son intuitivos.

respuesta parcial

Cada persona intuye diferente, aquí está hasta donde yo he podido intuir esto.

Si coloca una nave espacial en un espacio vacío en una determinada actitud con una rotación absolutamente nula y no la toca, es probable que continúe manteniendo esa actitud.

En el mundo real siempre hay torsiones de la radiación térmica no centrada por el objeto o la luz que lo golpea o gradientes gravitacionales o campos magnéticos o sus gradientes si hay materiales magnéticos o corrientes eléctricas en la nave espacial o fugas muy lentas o desgasificación o arrastre diferencial incluso en el "vacío" del espacio o...

Empezará a girar. Incluso si es diminuto, durante varios años (digamos un viaje desde la Tierra a un planeta exterior) girará y apuntará en una nueva dirección.

Sin embargo, si agrega un pequeño momento angular definido al objeto, incluso unas pocas rotaciones por minuto, será absolutamente enorme en comparación con las rotaciones que esas fuentes pueden producir. Nada que uno pueda esperar que encuentre la nave espacial contribuirá más que una pequeña cantidad de momento angular en comparación con esto.

Dada esa diferencia de tamaño, podemos contar con que el eje de la nave espacial continúe apuntando casi exactamente en la misma dirección durante décadas, suponiendo que lo giremos lo suficientemente rápido y diseñemos cualquier cosa que pueda agregar un giro similar.

Si adquiere un cambio en el momento angular, esto solo provocará una leve precesión. La estabilización del giro no es perfecta, solo evita que uno de los ejes de la nave espacial se aleje más de un pequeño ángulo de su dirección inicial.

¿Por qué?

Precesión. Pero si la precesión es intuitiva para algunos, ciertamente no lo es para mí. Es solo un resultado o consecuencia de la conservación del momento angular y las matemáticas de la dinámica del cuerpo rígido.

Lo que hace que las leyes de conservación sean leyes es el teorema de Noether. Si una ley de conservación dada resulta no ser válida, la simetría correspondiente tampoco lo es. Para el momento angular, la simetría es la isotropía del espacio: si el momento angular no se conserva, las leyes de la física dependen de tu orientación en el espacio. Así que las leyes de conservación son terriblemente, terriblemente fundamentales.
@tfb ¿Quién dice que el espacio debe ser simétrico o que la física no debe depender de la orientación? ¿Qué dice que son?
Nada lo hace (bueno, una gran cantidad de evidencia experimental lo hace, pero nada en principio). Sin embargo, eso no es lo que quise decir: la forma en que leí su respuesta (¡y es posible que la haya leído mal!) Fue que las leyes de conservación son una especie de complemento que puede o no ser cierto, mientras que en realidad están debajo de todo . el resto de la física en virtud del teorema de Noether. Si las leyes de conservación y sus simetrías correspondientes no son verdaderas, entonces todo cae con ellas (si el espacio no es invariante a la traslación, la conservación del momento falla y toda la mecánica newtoniana con ella, etc.).
@tfb Trato de no escribir cosas que no entiendo o al menos creo firmemente. He actualizado el principio para reflejar lo que has mencionado sin entrar en un territorio con el que no estoy familiarizado. ¿Es la nueva redacción menos objetable? Sin embargo, sus argumentos parecen poner teorías sobre cómo debería ser el espacio por encima de lo que podemos demostrar que es realmente el espacio. Sería bueno que estas simetrías se mantuvieran, pero el hecho de que los teóricos hayan invertido mucho en que sean ciertas no significa que lo sean. Nada hace más felices a la mayoría de los físicos que cuando "la física cae", es solo una oportunidad para aprender
Creo que el punto es que la isotropía del espacio es bastante intuitiva y no sorprende, por lo que, a través de Noether, la conservación correspondiente también lo es.
@RussellBorogove, pero sea lo que sea "Noether" o no, sus conclusiones no son intuitivas para mí . Entonces, por los argumentos de fruit of the poison tree, las leyes de conservación tampoco son intuitivas para mí. Recordar F = metro a solía ser intuitivo hasta Einstein (y hasta hace poco todavía lo era para David Burns, Gerente, Ciencia y Tecnología, Centro de Vuelos Espaciales de Office Marshall), por lo que ahora solo podemos decir F = d pag / d t . Ver esta respuesta .
@RussellBorogove Lo que es intuitivo varía, por supuesto. Pero creo que es terriblemente peligroso decir que debido a que la isotropía del espacio es intuitiva (que creo que lo es), la conservación del momento angular es intuitiva. Si eso fuera cierto, entonces el comportamiento de los giroscopios perturbados sería intuitivo y, bueno, ¡eso ciertamente no es intuitivo para mí!
Claro, la intuición solo se mantiene si tomas el teorema de Noether (decididamente no intuitivo) como un hecho. No tenía la intención de sugerir lo contrario.

La forma más intuitiva de explicar la estabilización del giro sería un trompo, por ejemplo, este:

Clip de Youtube de un trompo

Puedes imaginar el satélite como un trompo, mientras gira, no cae sino que mantiene una posición bastante estable.

Ahora explicar cómo funciona un trompo es más complicado. En resumen, debido al momento angular "guardado" en la parte superior giratoria, las fuerzas aplicadas (perturbación) se contraponen con un momento ... y puede ver que la explicación es todo menos intuitiva.

Hay una idea (¡¡¡PERO ESO NO ES CORRECTA FÍSICA DEL PEON !!!) de pensarlo de esta manera: imagina un eje que gira. ahora algún tipo de fuerza está tratando de inclinarlo en una dirección, después de medio giro, esta fuerza estaría en la dirección exactamente opuesta y el efecto de esta fuerza sería 0 durante toda la rotación.

¿Cómo funciona intuitivamente la estabilización de giro?
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