Dinámica de volantes contrarrotativos

Me he preguntado sobre esto durante mucho tiempo. Si creamos un par de volantes que giran en la dirección opuesta con el mismo momento angular, pero están ubicados en el mismo lugar y tienen la misma masa y momento de inercia (uno puede imaginar varias formas de lograr esto, al menos aproximadamente), es me queda claro que no puede haber fuerzas de precesión, pero si tratamos de hacer girar todo el conjunto alrededor de un eje perpendicular al eje de giro del volante, ¿la fuerza necesaria para producir este giro secundario será la misma que si los volantes estuvieran estacionarios? , o requerirá una fuerza proporcionalmente mayor para girar de esta manera, como lo hace con un solo volante?

Respuestas (2)

dos volantes concéntricos y contrarrotatorios excluyen todas las fuerzas de precesión, independientemente del plano en el que se gire el eje. Esto supone que la conexión entre los dos volantes es lo suficientemente fuerte: se rompe por tensión/compresión debido a que cada volante experimenta sus propias fuerzas. consulte el diagrama que acabo de dibujar.ingrese la descripción de la imagen aquí

los rectángulos negros son los dos volantes, la línea de conexión es la conexión física y también el eje en el que ambos volantes son concéntricos. las flechas rojas muestran la dirección del momento angular (a lo largo del eje x), mientras que los círculos rojos indican la dirección de rotación (alrededor del eje x).

las flechas azules indican las fuerzas de precesión experimentadas por ambos volantes cuando todo el sistema gira en la dirección indicada por la flecha azul curva. esto es lo que causa tensión/compresión en la barra de conexión, pero por lo demás cero torque en el sistema como un todo.

las flechas verdes indican las mismas fuerzas si el sistema se girara hacia el otro lado (en contra de la flecha curva azul).

la situación es similar para la rotación del sistema en cualquier otro plano.

¡Gracias por el diagrama! Estoy de acuerdo, como en mi publicación, en que no habrá fuerzas de precesión, ya que se cancelan entre sí en las dos ruedas. Mi pregunta es diferente: sospecho que aún se requerirá más fuerza para girar todo el ensamblaje en direcciones ortogonales de lo que se necesitaría si los volantes estuvieran en reposo. Creo que el movimiento de los volantes aumenta la inercia angular del sistema en general, y estoy buscando alguna explicación de por qué ese es o no el caso.
mmm lo dudo. Olvidé agregar que dado que los volantes giran en sentido contrario, sus vectores de momento angular se cancelan muy bien. es decir, el sistema tiene 0 momento angular. aún se necesitará más fuerza para torcer toda la broca como un sistema, pero solo porque tiene más masa.
Bueno, hay una corrección relativista: todo el conjunto es efectivamente más masivo que con las ruedas en reposo, pero eso entra al nivel de metro ( ω r / C ) 2 . Un efecto que es más probable que se detecte es que el marco puede flexionarse ligeramente cuando comienza a girar el dispositivo por primera vez: asegúrese de construirlo fuerte porque, de lo contrario, está construyendo una bomba impulsada por la energía cinética de rotación de las ruedas.
Fuera de interés: ¿hay algún uso de este tipo de cosas que busquen solo la falta de par neto? Creo que las hélices que giran de manera opuesta en algunos aviones, el problema es reducir el par que surge del arrastre, que siempre está ahí y no reducir la fuerza al hacer que el par "preceda".
No busco X2 porque 2 volantes, o algo parecido a lo relativista. Estoy hablando de cómo, cuando tienes un solo giroscopio e intentas girarlo alrededor de un eje de 90 grados desde su eje de rotación, y resistes la fuerza de precesión que ocurre, TODAVÍA encuentras que es como si estuvieras tratando para girar algo mucho más masivo que la rueda. Estoy bastante seguro de que mi conjunto contrarrotatorio mostrará el mismo efecto, sin la fuerza de precesión. Pero hasta la fecha, nadie ha abordado satisfactoriamente este problema (hasta donde he visto)
te equivocas... la fuerza que lo hace sentir "mucho más masivo" es precisamente la fuerza de precesión que ya no se percibe desde el exterior de un sistema que contiene dos volantes que giran en sentido contrario.
Si restringe un giroscopio (de una sola rueda) para resistir la fuerza de precesión, aún necesita aplicar muchas veces más torque para rotarlo (ortogonalmente a su eje principal) que lo que haría si estuviera en reposo. No veo cómo agregar un segundo volante que gire en la dirección opuesta reduciría ese par requerido, creo que lo duplicaría.
es por eso que usa un segundo volante contrarrotante para que ambas fuerzas de precesión se cancelen entre sí en el nivel del sistema. esta fuerza de precesión no se opone a su par aplicado (porque es ortogonal). cambia su dirección, lo que le da la ilusión de que es más difícil de apretar, un fenómeno que desaparece cuando hay dos volantes. cualquier mayor dificultad percibida para torcer el sistema se debe simplemente a que hay el doble de masa y, por lo tanto, de momento de inercia.

Creo que en el caso de dos volantes, los momentos angulares apuntan en direcciones opuestas y, por lo tanto, se cancelan entre sí. Por lo tanto, no se requerirá un par neto para cambiar el momento angular del par, que no es el caso si solo hay un volante.

"Por lo tanto, no se requerirá torque" Bueno, se requiere que el marco del dispositivo suministre torques bastante significativos a las dos ruedas, es solo que estos se cancelan. Mejor decir "sin par neto ".
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