出産前後の痔にはご注意!

科学館で自転車のタイヤを回して、持っている車軸を
他の方向へ向けようとしても、おかしな方へ方向修正
されてしまいました。かなりの力のような気がしましたが
手で車輪を回した程度でもハッキリわかる力なのに
あの力の大きさがどのくらいか計算出来る式がなかなか
見つかりません。人に聞くとプロペラの飛行機もあの
力の影響を受けているとか。とても興味があります。
よろしくお願いいたします。

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A 回答 (3件)

No.1です。

「お礼」に書かれたことについて。

>プレセッションという現象で、もうちょっと不思議な動きのことをいうのです。

「プレセッション」「プリセッション」とは「歳差」「歳差運動」のことであり、No.1に書いたとおり、いわゆる「回転するコマの運動」、「ジャイロ効果」と同じことです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%B3%E5%B7%AE

質問者さんは、この中で特に「回転しているものに、回転の軸方向と角度を成す方向の力を加えると、加えた力と回転軸方向の力とを合成した、意図しない方向の力が働く」ことに驚かれているのだと思います。
このときの「回転軸方向の力」が、「力のモーメント」と呼ばれ、「角運動量」に関連した物理量です。
 再掲します。
  ↓
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8A%9B%E3%81%AE …

一般の「直進運動」の運動方程式は、ベクトルを文字の後の「→」で示すと、力 F→、質量m 、速度v→ に対して

   F→ = m*a→ = m*(dv→/dt) = d(m*v→)/dt = dp→/dt

となり、このときの「p→」が「運動量」です( p→ = m*v→ )。つまり、運動方向(v→)と力(F→)はベクトルの向きが同一です。

これに対して、「回転運動」では、運動方程式は、力のモーメントをN→、角運動量を L→ = r→ × p→(ベクトルの外積)として

   N→ = r→ × F→ = r→ × (dp→/dt) = dL→/dt

となり、「力のモーメント」(N→)は、回転方向(p→)、径方向(r→)に直交する方向、つまり回転軸の方向となります。

これらの物理量を使って、質問者さんのおっしゃる「プレセッション」の方向と大きさを求めることができます。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。教えていただいた式を見ながら
なんとか計算しようとしますが、ちょっと知識が足りなくて
答えには至っていません。例えば27インチの自転車の
タイヤを軸の片側でつり下げたとき、タイヤが垂直に
たったままぐるぐる回りますが、そんなときにその向きに
回そうとしている力はどうやって計算するのでしょうか。
でも、このくらい頑張らねば、とも思っています。

お礼日時:2015/09/12 13:11

世にいうジャイロ効果ですよ、それ。


私も体験して、理屈を勉強して大変感動しました。
加えた力の方向と直角の方向に力が作用する様です。
ジャイロで検索すると嫌と言うほど掛かります。
簡単そうなのに幾つか食らいつくと、中に分かりやすいのに出会うと思います。
(私は慣性の法則で説明していたサイトが、唯一 感覚的に理解出来た気がしました。しかし今でも でっかくて重たい物が 空中に浮いているのが許せません。空飛ぶ円盤が出来ないかと思ったりします)
ここの解答にも気になりますが、お絵かきでもしないと難しいかもですね。
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回転運動に関する「力のモーメント」とか、「角運動量」に関するものでしょうか。



 正月に回す「こま」が倒れないとか、飛行機やカーナビの「方向」検知のための「ジャイロスコープ」などが、その典型例です。

↓ 力のモーメント
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8A%9B%E3%81%AE …

http://homepage2.nifty.com/eman/dynamics/angular …

http://masatsuto.wp.xdomain.jp/%E9%AB%98%E6%A0%A …
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この回答へのお礼

早速にありがとうございます。オススメのサイトを見てみましたが
プレセッションという現象で、もうちょっと不思議な動きのことを
いうのです。自転車を傾けるとそちらにハンドルが切れるような
現象のことで、とても不思議な方向へ手が持って行かれます。

お礼日時:2015/09/07 15:32

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すみませんが大変困っています。
簡単に言ってしまうとタイトルどおりなのですが・・・
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また、コリオリ力が関係していると説明していただけるのならば、コマにどのような力が加わっているのかを説明していただきたいのですが。
どうしても判らないので困っています。
宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

>北に軸を向けてまわしているという以外の答えがほしいです。

ジャイロ自体に「適当な向きで回しても自動的に北を向く」という性質はありません。 実際に北に軸を向けて回しているので、外力(モーメント)が加わらない限り北を向きます。 ではなぜ北に限定しているかというと、極端な場合、東へ向けて回すと地球の自転により、水平を向いていた軸が立ってきて6時間後には垂直になり、方角を示すことができなくなるからです。(特定の星を指し続けるイメージ)

期待した答えでなくて、ごめんなさい。


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