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ある記事を見ていたら逆さゴマが回転で上下が反転するのは「回転物体は高速回転になると重心位置が上がるため」と説明されていました。
逆さゴマを回したとき初めから高速回転しているはず、ならば回し始めから上下反転するはずだが、実際に見ていると回り始めてしばらくすると上下が反転する。
それは何故か?
また、説明にある高速回転すると重心位置が上がっていくから、という説明は回転すると重心位置が上がると読める。
なぜ、回転すると重心位置が上がるのか、よく分からない。
物理学に不案内な者にもわかる説明がありませんか?

A 回答 (2件)

<逆さゴマが回転で上下が反転するのは「回転物体は高速回転になると


重心位置が上がるため」と説明されていました。>の記述は
「上下逆転する過程でコマの重心は高くなる」が正しいようです。
つまり原因では無く、結果なのです。

原因を説明している記述が無いかを探してみて、ドイツ語Wikiを見付け
ました。以下はその中の<Funktion(機能)>の要訳です。

普通の逆さコマは、えぐられた球体部とそこに芯のように立っている
軸から成る形状をしており、その重心は球体部の中心点より低い位置に
ある。
回転していない時には、重力の作用で、コマの軸は上を向いている。

逆さコマが回されると、重力はコマをまず正立させる。その回転によって、
コマの歳差運動を擾乱に対して垂直に保つ回転モーメントが発生する。

コマが回る固定点という物は無く、コマは下側の面上のある円周線上を
回転する。

コマの回転軸と対称軸にずれが生じる。それによって独楽の摩擦は
その時々の回転点に対して両軸の距離によって決まるさらに下側に向いた
回転モーメントを発生させる。独楽は最終的に他の側の面上で回るように
次第に傾いてゆく。

再び重力が回転モーメントを発生させるが、今度は反対の方向へである。
重力は独楽を転覆させようとする。
下側の面上よりも回転面が小さいとしても、上側の面上にも固定された
回転点は無い。
摩擦によって回転ライン上に生成された回転モーメントは反対方向に
作用し、コマが置かれた面に垂直な位置に回転を安定させる。

コマの外部から観察して(慣性システム内で)回転方向は保持され、
観察者に対してはコマ上で反転する。重心と摩擦損失の上昇により回転
速度は低下する。


要約すると:コマは回すと回転モーメントが発生し、正立位置で回しても
歳差運動(味噌スリ運動)は必ず発生する。
記述された形状の逆さコマでは、歳差運動が生じると、コマの軸とコマの
球体がコマを置いた面と接触する点と重心を結んだ軸にはずれが生じる。
ずれた軸に生じた回転モーメントと摩擦力のバランスは、コマの軸の傾斜が
増大する方向に働く。ついにコマは逆立ちする。
逆立ちした状態でコマは再び安定化するが、高くなった重心と軸に働く
摩擦の増加に伴い回転速度が低下し倒れて停止する。

子供の頃遊んだ玩具で日本独特の物と思っていました。欧米にも昔から
有った事を知って驚いています。
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この回答へのお礼

ご投稿、ありがとうございます。
とてもユニークな説明で分かったような気になりますね。
ご説明から、自分なりに再度調べてみました。同じように摩擦という考え方と重心位置について記述したものがありました。
ただ、どの説も完璧ではなく学者も苦しんでいるように見受けました。
簡単に説明できない事象はある意味、ロマンを感じました。

お礼日時:2021/07/23 09:36

正しくは「回転物体は高速回転になると重心位置が上にある方が安定するため」と表現すべきものです。



静止状態では重心は低い方が安定しますが、回転体においては重心は高い方が安定します。

逆さゴマの理屈も、より安定しようという原理と、摩擦による不安定さが働いて上下が逆になるのですが、じゃあなぜ回転体は重心が上にある方が安定するのかについては私の頭では説明できません。ごめんなさい。
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この回答へのお礼

早速のご連絡、ありがとうございます。

物理学には大抵、因果関係が明確なのに、この場合は「そうなるから、そうなんだ」という言い方になっています。
信ずるものは救われる、ですか?

お礼日時:2021/07/22 15:28

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