Относительно чего сохраняется направление оси гироскопа?

[Volodya]

Epros, большое спасибо!

Теперь понятно, независимость энерции от того, есть вокруг материя или её нет, утверждает СТО. А так оно или нет на самом деле, проверить проблематично.

Epros писал(а):

Здесь же Вы фактически утверждаете, что в зависимости от массивности фонарика (и прочих удалённых объектов) меняется кинетический момент гироскопа - чем сильнее "влияние звёзд", тем больше кинетический момент гироскопа.

Совершенно верно!

Очень интересные ссылки Вы привели

"Гравитомагнетизм"
http://ru.wikipedia.org/wiki/Гравитомагнетизм
http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitomagnetism

Вращающееся гравитационное поле порождаемое вращающимся объетом увлекает падающие на вращающийся объект частицы в сторону вращения.

Я призадумался о том, как проверить, скорость гравитационного взаимодействия бесконечна или нет?


Гироскоп стремится сохранять направление своей оси вращения относительно направления на звёзды. А если мы вместо гироскопа возьмём пластину 1м x 1м параллельную горизонту и вместо вращения будем придавать ей вибрацию большой частоты с достаточно высокой амплитудой, то плоскость вибрации пластины тоже будет стремиться сохранять своё направление относительно направления на звёзды? Повернуть вибрирующую пластину, изменяя направление плоскости вибрации, труднее, чем не вибрирующую пластину?

[epros]

Volodya писал(а):

А так оно или нет на самом деле, проверить проблематично.

Вопрос экспериментальной проверки любого теоретического утверждения вообще не разрешим в окончательном смысле. Но в практическом смысле физические теории всегда проверяемы в той степени, в какой это нужно для их использования.

Volodya писал(а):

Вращающееся гравитационное поле порождаемое вращающимся объетом увлекает падающие на вращающийся объект частицы в сторону вращения.

Если быть точным, то любое тело (даже не падающее, т.е. подвешенное) вовлекается во вращение под действием гравитации со стороны массивного вращающегося объекта. Направление эффекта зависит от того, с какой стороны находится пробное тело. Например, тело над экватором будет вращаться противоположно Земле, а над полюсом - в направлении вращения Земли.

Volodya писал(а):

Я призадумался о том, как проверить, скорость гравитационного взаимодействия бесконечна или нет?

Сейчас выполняется международная программа по поиску гравитационных волн. Пока на требуемую точность не вышли.

Volodya писал(а):

Гироскоп стремится сохранять направление своей оси вращения относительно направления на звёзды. А если мы вместо гироскопа возьмём пластину 1м x 1м параллельную горизонту и вместо вращения будем придавать ей вибрацию большой частоты с достаточно высокой амплитудой, то плоскость вибрации пластины тоже будет стремиться сохранять своё направление относительно направления на звёзды? Повернуть вибрирующую пластину, изменяя направление плоскости вибрации, труднее, чем не вибрирующую пластину?

Что такое "плоскость вибрации"?

[Volodya]

Epros писал(а):

Если быть точным, то любое тело (даже не падающее, т.е. подвешенное) вовлекается во вращение под действием гравитации со стороны массивного вращающегося объекта. Направление эффекта зависит от того, с какой стороны находится пробное тело. Например, тело над экватором будет вращаться противоположно Земле, а над полюсом - в направлении вращения Земли.

У массивного вращающегося объекта есть ось вращения. Подвешенное тело будет вовлекаться во вращение под действием гравитации и его ось вращения будет параллельна оси вращения массивного вращающегося объекта, хоть над экватором, хоть над полюсом?

Например, у Солнца есть ось вращения. Как ориентирована ось вращения Земли по отношению к оси вращения Солнца?

Epros писал(а):

Сейчас выполняется международная программа по поиску гравитационных волн. Пока на требуемую точность не вышли.

Это очень интересно! Вы, случайно, не знаете, где об этом можно почитать по подробнее? Что мешает выйти на требуемую точность?

Epros писал(а):

Что такое "плоскость вибрации"?

Более точно - плоскость пластины.

Например, на Земле есть квадратная пластина 1м x 1м параллельная горизонту, к серидинам сторон пластины припаяны металлические стержни, от пластины выходят 4 стержня. Два стержня закреплены на подшипниках и образуют ось вращения пластины. К другим двум стержням можно прикладывать силу, придавая пластине вращательное движение.

(1) Прикладываем силу F1 к пластине, чтобы повернуть её на 90 градусов (пластина из горизонтального положения перейдёт в вертикальное).
(2) Точно так же прикладываем силу F2, но к вибрирующей пластине в электромагнитном поле с частотой 1000Hz и амплитудой 1мм, чтобы повернуть её на 90 градусов.

Возникает вопрос, F2 > F1? И если F2 > F1, то плоскость пластины стремится сохранять своё направление относительно направления на звёзды?

[epros]

Volodya писал(а):

Подвешенное тело будет вовлекаться во вращение под действием гравитации и его ось вращения будет параллельна оси вращения массивного вращающегося объекта, хоть над экватором, хоть над полюсом?

Но направления будут противоположными.

Volodya писал(а):

Например, у Солнца есть ось вращения. Как ориентирована ось вращения Земли по отношению к оси вращения Солнца?

Это не имеет значения. Земля Вращается вокруг себя не из-за действия гравитации со стороны Солнца.

Volodya писал(а):

Epros писал(а):

Сейчас выполняется международная программа по поиску гравитационных волн. Пока на требуемую точность не вышли.

Это очень интересно! Вы, случайно, не знаете, где об этом можно почитать по подробнее? Что мешает выйти на требуемую точность?

http://www.ligo.caltech.edu/

Volodya писал(а):

Более точно - плоскость пластины.

Например, на Земле есть квадратная пластина 1м x 1м параллельная горизонту, к серидинам сторон пластины припаяны металлические стержни, от пластины выходят 4 стержня. Два стержня закреплены на подшипниках и образуют ось вращения пластины. К другим двум стержням можно прикладывать силу, придавая пластине вращательное движение.

(1) Прикладываем силу F1 к пластине, чтобы повернуть её на 90 градусов (пластина из горизонтального положения перейдёт в вертикальное).
(2) Точно так же прикладываем силу F2, но к вибрирующей пластине в электромагнитном поле с частотой 1000Hz и амплитудой 1мм, чтобы повернуть её на 90 градусов.

Возникает вопрос, F2 > F1? И если F2 > F1, то плоскость пластины стремится сохранять своё направление относительно направления на звёзды?

Не понял этой конструкции.

[Volodya]

Epros писал(а):

Но направления будут противоположными.

Над полюсом будет вращаться в том же направлении. Над экватором в противоположном.

Если подвешенное тело не пересекает ось вращения массивного вращающегося объекта, то возникает вращение тела в противоположном направлении.

А когда есть пересечение с осью вращения массивного вращающегося объекта, начинают действовать силы тормозящие вращение в противоположную сторону. Когда ось вращения массивного вращающегося объекта пересекает центр тяжести подвешенного тела, возникает вращение в том же направлении.

Геометрически. Подвешен шар. Шар пересекают окружности разного радиуса, центр которых на оси вращения массивного объекта, и плоскости которых перпендикулярны оси вращения массивного тела. На каждой окружности зафиксировали по 1 точке. Частота обращения точки выше у окружностей меньшего радиуса и меньше у окружностей большего радиуса. (Это то же ускорение Кориолиса, только в применении к гравитационному полю). Из-за того, что с увеличением радиуса частоты вращения точек на окружностях уменьшаются, получается раскручивание подвешенного объекта в противоположную сторону вращения по отношению к вращению массивного объекта. Но когда подвешенный шар оказывается над полюсом, его пересекает ось вращения массивного вращающегося объекта и он закручивается в том же направлении.

Epros писал(а):

Земля Вращается вокруг себя не из-за действия гравитации со стороны Солнца.

А из-за чего же?

Epros писал(а):

Не понял этой конструкции.

Геометрически. Есть оси X, Y, Z. Рассмотрим квадрат (0, 0, 0) - (1000, 1000, 0).

(1) Квадрат покоится: (0, 0, 0) - (1000, 1000, 0). Поворачиваем квадрат вокруг оси X до перехода в состояние (0, 0, 0) - (1000, 0, 1000). Затрачена сила F1.
(2) Квадрат вибрирует вдоль оси Z: (0, 0, A*Sin(2*PI*t*L)) - (1000, 1000, A*Sin(2*PI*t*L)), t - время, A - амплитуда, A = 1, L - частота, L = 5000. Поворачиваем квадрат вокруг оси X до перехода в состояние (0, A*Sin(2*PI*t*L), 0) - (1000, A*Sin(2*PI*t*L), 1000). Затрачена сила F2. Теперь квадрат вибрирует вдоль оси Y.

Если квадрат заменить тонкой пластинкой, то F1 < F2? И с увеличением частоты вибрации L величина (F2 - F1) будет расти?

[epros]

Volodya писал(а):

Над полюсом будет вращаться в том же направлении. Над экватором в противоположном.

Если подвешенное тело не пересекает ось вращения массивного вращающегося объекта, то возникает вращение тела в противоположном направлении.

Нет, дело не в том, пересекает пробное тело ось вращения тяготеющего объекта или нет. Гравимагнитное поле очень похоже на магнитное. Вообразите себе магнитный диполь (однородно намагниченный шарик): магнитные силовые линии выходят из шарика со стороны северного полюса, обходят шарик и заходят в него со стороны южного. Это значит, что над полюсом гравимагнитное поле направлено так же, как и вектор угловой скорости вращения тяготеющего объекта, а в экваториальной плоскости - противоположно ему. Естественно, что где-то на промежуточной широте направление гравимагнитного поля будет каким-то промежуточным (т.е. оно вообще не будет совпадать с направлением оси вращения).

Volodya писал(а):

Epros писал(а):

Земля Вращается вокруг себя не из-за действия гравитации со стороны Солнца.

А из-за чего же?

По инерции. Если Землю разогнать так, что она улетит от Солнца, она всё равно будет вращаться вокруг своей оси. Очевидно, когда образовывалась Солнечная система, сгустки вещества, которые собрались в Землю, оказались закрученными в том же направлении, что и всё газопылевое облако. Видимо потом в Землю что-то попало, так что в итоге ось вращения сбилась на 23,5 градуса (из-за чего сейчас наблюдается смена времён года).

Volodya писал(а):

Геометрически. Есть оси X, Y, Z. Рассмотрим квадрат (0, 0, 0) - (1000, 1000, 0).

(1) Квадрат покоится: (0, 0, 0) - (1000, 1000, 0). Поворачиваем квадрат вокруг оси X до перехода в состояние (0, 0, 0) - (1000, 0, 1000). Затрачена сила F1.
(2) Квадрат вибрирует вдоль оси Z: (0, 0, A*Sin(2*PI*t*L)) - (1000, 1000, A*Sin(2*PI*t*L)), t - время, A - амплитуда, A = 1, L - частота, L = 5000. Поворачиваем квадрат вокруг оси X до перехода в состояние (0, A*Sin(2*PI*t*L), 0) - (1000, A*Sin(2*PI*t*L), 1000). Затрачена сила F2. Теперь квадрат вибрирует вдоль оси Y.

Если квадрат заменить тонкой пластинкой, то F1 < F2? И с увеличением частоты вибрации L величина (F2 - F1) будет расти?

Непонятно, с чего бы этому квадрату вибрировать как целому. Если есть какая-то внешняя сила, то сохранится ли вибрация при повороте зависит от того, сохранится ли эта внешняя сила. В отсутствие же внешних сил пластина так вибрировать не может.

[Bob Whiteman]

Вопрос, на самом деле, гораздо глубже и упирается в свойства самого пространства. Это так называемый принцип Маха.

Как известно, пространство однородно и изотропно. Однородность пространства подразумевает равноправие всех его точек, а изотропность - равноправие направлений.

Рассмотрим сначала равномерное прямолинейное поступательное движение.
Из однородности пространства вытекает относительность движения. Здесь не обязательно привлекать СТО или ОТО, достаточно ограничиться галилеевской механикой. Очевидно, что нет способа указать, движется или покоится некий объект безотносительно к чему-либо. А отсюда сразу же следует то, что в пространстве нет "фиксированных" точек. Если два события разделены во времени, то нет способа указать, в одном они произошли месте или в разных. Например, выходя из квартиры вчера, я выключил свет в коридоре - событие 1. Выходя из той же квартиры сегодня, я щёлкнул тем же выключателем - событие 2. В одной точке пространства произошли эти два события или нет? Вопрос не имеет ответа. С точки зрения Земли - в одной. С точки зрения Солнца - наша планета за это время успела пройти по орбите (24 ч * 3600 = 86400 с) * 30 км/с = 2 500 000 км (!). А с точки зрения Млечного Пути - ещё больше и т.д. Ответ зависит от системы отсчёта. Пространство само по себе не "помечает" своих точек...

А теперь вернёмся к вращательному движению. Вроде бы как пространство изотропно, и выделенных в нём направлений нет. Но тем не менее никакого труда не составит отличить невращающуюся систему отсчёта от вращающейся. Если вы кружитесь на карусели, вы почувствуете центробежную силу не зависимо от того, открыты у вас глаза или нет!

С чем это связано? Можно спросить себя, а что будет, если та же карусель помещена в межгалактическом пространстве на расстоянии миллионов парсек от ближайших тяготеющих масс? Почувствуем ли мы центробежную силу, как только карусель будет приведена во вращение? Похоже, да...

Получается, пространство каким-то образом "помечает" свои направления, умеет отличить одну ось от другой для разделённых во времени событий... За счёт чего? Либо это свойство самого пространства, либо это связано с наличием материальных тел.

Принцип Маха утверждает, что, если вдруг во всей Вселенной исчезнут материальные тела, кроме карусели и экспериментатора, то экспериментатор утратит способность отличать вращающееся состояние от невращающегося. Центробежная сила исчезнет.

Принцип спорный... Остаётся неясным, как далёкие звёзды или галактики влияют на локальный участок пространства так, что оно оказывается способным отличать одно направление от другого...

[Volodya]

Epros писал(а):

Нет, дело не в том, пересекает пробное тело ось вращения тяготеющего объекта или нет. Гравимагнитное поле очень похоже на магнитное. Вообразите себе магнитный диполь (однородно намагниченный шарик): магнитные силовые линии выходят из шарика со стороны северного полюса, обходят шарик и заходят в него со стороны южного. Это значит, что над полюсом гравимагнитное поле направлено так же, как и вектор угловой скорости вращения тяготеющего объекта, а в экваториальной плоскости - противоположно ему. Естественно, что где-то на промежуточной широте направление гравимагнитного поля будет каким-то промежуточным (т.е. оно вообще не будет совпадать с направлением оси вращения).

Это очень интересно. Например, есть огромный магнит в виде шара. Он вращается с большой скоростью. Прямая соединяющая северный и южный полюсы параллельна оси вращения. И есть подвешенный шарик, обладающий отрицательным зарядом. На подвешенный шарик действует сила Лоренца. Если подвешенный заряженный шарик расматривать, как совокупность равномерно распределённых по объёму шарика отрицательно заряженных частиц, то на каждую частицу действует сила Лоренца, направленная на вектор оси вращения большого шарообразного магнита. Почему маленький подвешенный шарик должен начать вращаться? Он будет либо притягиваться к оси вращения, либо отталкиваться от оси вращения огромного шарообразного магнита под действием силы Лоренца.

Если B - вектор силовых линий магнитного поля, v - вектор скорости заряженной частицы, и B и v перпендикулярны, то сила Лоренца перпендикулярна им обоим.

[Volodya]

Какую интересную статью я нашёл о прецессии гироскопа

http://faculty.ifmo.ru/butikov/Applets/GyroscopeR.html

Во встроенном Java-апплете можно визуально наблюдать 3D моделирование прецессии гироскопа и задавать разные параметры вращательного движения.

[Редкий]

А я ведь нашел ответ К сожалению, пока не пономаю ни его ни его следствий. Поэтому постить пока повременю. Короче, вопрос снимается

Добавлено спустя 2 минуты 43 секунды:

Имеется ввиду, на мой вопрос.