Gyroscopische Precessie

In deze instructables gaan we een apparaat bouwen waarmee we gyroscopische precessie kunnen aantonen. Hiervoor is nodig;

  1. Een wiel (16 inch diameter)
  2. Een draadeind (M10 1m)
  3. 4 bouten passend op het draadeind (M10)
  4. 12 moeren en bijbehorende bouten (6x M3 3cm en 6x M3 1cm)
  5. Boor;
  6. Touw, Duct Tape, Zand, en Rubberen elastiekjes

De uitleg over de natuurkunde achter dit fenomeen is te vinden onderin deze instructables.

Step 1: Velg

Voor we in de velg gaan boren moeten de buiten- en binnenband verwijderd worden. Vervolgens boren we 12 gaten, 6 aan iedere kant, voor de M3 bouten. Deze dienen om straks de buitenband te herbevestigen, dus is het belangrijk dat de gaten gelijk zijn over de omtrek van de velg. De onderlinge hoek moet dus 2Pi/6 = Pi/3 bedragen. De 3cm bouten moeten allemaal aan dezelfde kant, dit wordt later de binnenkant, de 2cm bouten aan de andere kant.

Step 2: Binnenband

Knip de verwijderde binnenband open (het beste is recht tegenover het ventieltje, zodat de band zonder te veel moeite herbevestigd kan worden). Vul deze vervolgens met zand, en tape de band weer goed dicht. Wij hebben hem helemaal ingewikkeld met tape, aangezien een binnenband makkelijk stuk gaat en we er al een (per ongeluk) een gat in hadden geboord. Kneed de band zodat het zand zich uniformer verdeeld over het volledige volume. Herbevestig de band vervolgens aan de velg. Mocht hij niet strak genoeg zitten, tape hem dan vast op 3 tot 4 punten aan de velg.

Step 3: Buitenband

Boor door de buitenband 12 gaten, op dezelfde positie als de bouten in de velg. Aangezien de buitenband strakker om de velg wordt bevestigd hebben wij de band doormidden geknipt, en de twee uiteinden over elkaar bevestigd. Schuif de buitenband over de velg en duw de bouten door de net geboorde gaten. draai de moeren stevig vast, zodat de buitenband niet los komt. Deze voegt niet alleen gewicht toe, maar beschermt de binnenband ook. Aangezien de band strakker bevestigd is, zal deze aan de randen de neiging hebben naar buiten te buigen. Dit hebben wij opgelost door in de band te knippen, en vervolgens de "flappen" over elkaar heen te tapen. Dit zorgt voor een beter verdeeld gewicht.

Step 4: Draadeind

Voor we het draadeind in het wiel stoppen moeten de 3cm bouten gedraaid worden. Draai ze over een hoek van Pi/6 naar buiten. Dit zorgt ervoor dat het touw er niet vanaf kan glijden als we het wiel gaan laten draaien. Ook is het slim de uiteinden van deze bouten in te wikkelen met rubberen elastiekjes, zodat deze niemand ernstig kunnen verwonden. Ons wiel had lagers van 10mm diameter, waardoor een M10 draadeind het beste erin paste. Draai 2 moeren op ongeveer 10cm van het einde van het draadeind tegen elkaar in, en breng een laag anti-friction aan op de 10 cm. Zet vervolgens het wiel op het uiteinde van het draadeinde en draai de laatste 2 moeren daarachter ook tegen elkaar in. Zorg ervoor dat de 3cm bouten aan de "binnenkant" zitten, de kant waar de overige 90 cm draadeind zit.

Step 5: Gebruiken

Nu de gyroscoop gebouwd is kunnen we hem gebruiken!Leg het touw op één van de binnenste bouten, en draai het wiel rond, zodat alle bouten bedekt zijn met touw. Ga 2 tot 3 keer het wiel rond. Dit is makkelijker te doen met 2 personen. Houd het wiel stevig vast en met een hand dicht bij het wiel. Laat iemand trekken aan het touw, zacht beginnen en met een harde ruk eindigend. Beweeg het wiel naar links en naar rechts, normaal voel je een verschil in hoe zwaar het wiel aanvoelt!

Step 6: Uitleg Over De Natuurkunde

Zonder draaiing (Foto 1);

Zonder dat het wiel draait gedraagt deze gyroscoop zich als een star lichaam. Als je het wil optillen gaat dat het makkelijkst zo dicht mogelijke bij het Centre of Mass. Als je de gyroscoop wil optillen bij het uiteinde van de staaf, moet je niet alleen kracht uitoefenen tegen de zwaartekracht in [Oranje], maar moet je ook kracht zetten om het krachtmoment [Paars] tegen te werken. Dit krachtmoment ontstaat doordat er tussen het aangrijpingspunt en het Centre of Mass een arm is. Door dit krachtmoment voelt de gyroscoop zwaarder.

Met draaiing (Foto 2);

Wanneer het wiel aan het draaien wordt gebracht, creëert de draaiing [Blauw boven] samen met een draaiing in de azimuthale richting [Blauw beneden] een tegenwerkend krachtmoment [Paars]. Hierdoor maakt het niet uit waar je de staaf vastpakt, hij voelt overal even zwaar.

Let op; het wiel wordt niet lichter! Je moet nog steeds een kracht groter dan F=m*g uitoefenen om de gyroscoop op te tillen. Maar in tegenstelling tot wanneer het wiel niet draait moet je geen kracht uit te oefenen om het krachtmoment tegen te werken.

Share

    Recommendations

    • Make it Glow Contest 2018

      Make it Glow Contest 2018
    • Plastics Contest

      Plastics Contest
    • Optics Contest

      Optics Contest

    Discussions

    0
    None
    DIY Hacks and How Tos

    4 months ago

    Great gyroscope tutorial. Thanks for sharing with the community.