Гироскоп, гироскоп, чудная игрушка...

31 января 2020 - Esprit de L’Escalier

Гироскоп, гироскоп, чудная игрушка...

(Название позаимствовано из невесёлого припева о Колыме.)

Но гироскоп, действительно, странная штука.
Вертится с большой скоростью некий диск на оси.
Из механики мы знаем, что любое действие вызывает противодействие  (Третий Закон Ньютона). Оно понятно -- силы инерции, упругости и прочее.
При резком торможении машины, автобуса или поезда, и пассажиры и любые предметы срываются со своих мест и летят вперёд, ибо ИНЕРЦИЯ. Когда космонавт в ракете, или лётчик в военном самолёте, чувствует, что «неведомая сила» вдавливает его в кресло, он знает, что это – сила инерции. Итак, любое тело, обладающее так называемой массой покоя, обладает и инертностью. И его масса является мерой этой инерности. Потому же, из-за стремительно возрастающей инертности, ни одно тело с массой покоя неравной нулю, не может быть ускорено до скорости света.

Но гироскоп странен тем, что он как будто инертен, но весьма своеобразно.
Если мы пытаемся повернуть ось его вращения, он НЕ СОПРОТИВЛЯЕТСЯ своей инерцией ЭТОЙ нашей попытке, а как бы старается «выскользнуть» из под воздействия.
Ось его начинает отклоняться в направлении, перпендикулярном нашему воздействию.
Почему?
Проведём мысленный опыт.
Представьте себе, что у нас есть гироскоп, то есть быстро вращающийся диск на оси.  Ось совпадает с плоскостью этой страницы и расположена вертикально. Тогда один край диска находится с нашей стороны страницы, а его противоположная часть «по ту сторону» страницы. Представим себе дальше, что с нашей стороны диск вращается слева направо. По правилу буравчика ось его вращения направлена снизу вверх.
Представим себе теперь, что, нисколько не тормозя вращение диска, мы стараемся опустить его часть, К НАМ обращённую, вниз. Для анализа происходящего  используем такой простенький приём: разобьём мысленно наш диск на множество кубиков и посмотрим, ЧТО будет с этими кубиками.
Кубик, который на краю стороны диска, к нам обращённой, под действием нашего усилия опускается. Но ЧТО это означает для данного кубика. Его скорость по величине НЕ меняется!
Его скорость по направлению тоже  НЕ меняется, он испытывает как бы «параллельный перенос», сдвиг ниже, но в том же напрвалении и с той же скоростью. Аналогично и с той, с другой стороной диска. Там тоже кубик перемещается параллельно самому себе, но вверх.
Но параллельно своему прежнему движению!
Однако, коль скоро ни величина скорости кубиков, ни направление их движения НЕ МЕНЯEТСЯ, значит никакой «силы инерци» не возникает!
Запомним этот важный вывод!

Теперь мысленно сдвинемся на девяносто градусов и посмотрим, что  будет с нашими кубиками, пролетающими СКВОЗЬ плоскость страницы.
Тут картина совершенно иная: пытаясь опустить наш край вращающегося диска, мы заставляем кубики там, в плоскости страницы, ДВИГАТЬСЯ вверх. Это справа. А слева мы заставляем их двигаться вниз. Вот такие штуки уже вызывают у материи «естественный протест», мы изменяем направление их движения! Изменение направления  – это уже грубое нарушение прежнего состояния, и возникают силы ИНЕРЦИИ, которые стремятся повернуть ось диска в прежнее положение. Момент ЭТИХ сил инерции в нашем случает таков: справа кубики в плоскости страницы стремятся опуститься, то есть сохранить прежнее направление движения, а слева – подняться. Возникает некий вращающий момент сил,  стремящийся повернуть ось нашего диска по часовой стрелке в плоскости страницы.
То есть мы пришли к тому удивительному свойству гироскопа, что он пытается «выскользнуть» из под нашего воздействия, поворачиваясь перпендикулярно направлению приложенного возмущающего его нормальное вращение воздействия. 

Таким образом мы только что объяснили это загадочное свойство гироскопа «выскальзывать».  Кубики спереди и сзади по отношению к нам, на нашу попытку изменить  состояние их вращения не реагируют, поскольку никаких принципиальных изменений в их состоянии не происходит от наших усилий. Зато кубики в плоскости страницы ещё как испытывают изменение их состояния и они-то реагируют на наше воздействие, стремясь сохранить «Статус кво».
Вот и всё.
Загадочность исчезла и мы разобрались в достаточно сложном физическом явлении без математики и без того, чтобы исписывать страницу множеством формул, которые НЕ ОБЪЯСНЯЮТ причин, а лишь констатируют некий факт! И очень часто создают только ВИДИМОСТЬ объяснения там, где объяснения НЕТ!
Почему?
Да потому, что математика по сути своей, «от рождения» АБСТРАКТНА, ей безразлично, ЧТО мы имеем ввиду под тем или иным символом. Ей важно, чтобы мы жонглировали этими символами строго по её правилам, И ВСЁ!

А ПРИЧИНЫ явлений ВСЕГДА КОНКРЕТНЫ!!!
А быть КОНКРЕТНОЙ в задачи и характер математики НЕ ВХОДЯТ!
Поэтому математика ничего не объясняет и даже не интересуется причинами.
Она лишь констатирует:
ЧТО БЫЛО.
ЧТО ЕСТЬ.
ЧТО БУДЕТ.
Если мы манипулируем её символами по строгим правилам, ею же сформулированным, то получаем ответы на эти три вопроса.
НО ЭТО НЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ПРИЧИН!
Вот разница между естествознанием (ПОЧЕМУ?) и языком математики (ЧТО и КАК?)
30 I 2020
Рейтинг: 0 добавить в избранное

Загрузка комментариев...


← Назад