GYROSKOP

Pri stabilizácii kozmických sond sa využívajú gyroskopy. Sú to v podstate zotrvačníky, ktoré rotujú vysokou uhlovou rýchlosťou. Výsledkom rotácie je stabilizácia osi zotrvačníka. Príčinu stabilizácie však nepoznáme. Hypotéza prúdenia nám umožňuje vysvetliť stabilizáciu osi zotrvačníka.

Zotrvačník

Vplyv pohybu na hybnosť deuterónov ukážeme na rotujúcom zotrvačníku. Počas jednej otáčky sa každý deuterón zotrvačníka otočí o 360° a zároveň prekoná na danom priemere dvakrát vzdialenosť tam a späť. Počas rastu otáčok zotrvačníka rastie nielen silová a momentová reakcia (hybnosť) deuterónov, ale aj dynamická hmotnosť zotrvačníka. Po ustálení otáčok sa dosiahnutá hybnosť deuterónov a dynamická hmotnosť zotrvačníka zachovávajú.

Momentové a silové pôsobenie dosiahnutej hybnosti prúdenia v osi deuterónov, znamená zmenu vzájomnej polohy atómov a tomu zodpovedajúce zvýšené mechanické napätie materiálu. V prípade prekročenia limitných otáčok dochádza k porušeniu materiálu zotrvačníka a jeho deštrukcii.

Poznámka: Platí to aj pre translačný pohyb telesa. Počas približovania kométy Shoemaker-Levy 9 ku planéte Jupiter nastala deštrukcia kométy vplyvom nárastu mechanického napätia materiálu ešte pred jej dopadom.

Zotrvačník na univerzite v Sydney

Zrýchlenie na obvode rotujúcich gyroskopov je obrovské. V prezentácii na univerzite v Sydney, dosahuje zrýchlenie hodnotu 20 000 m.s^-2 (2000 g). Oceľový kotúč (zotrvačník) aj s tyčou má statickú hmotnosť približne 19 kg.

1. Ak zotrvačník (obr. 1) nerotuje a študent uchopí tyč v ťažisku T, potom ho dokáže jednou rukou zodvihnúť len „horko ťažko“. Ak uchopí tyč na jej konci, nedokáže zotrvačník zodvihnúť vôbec.
2. Ak zotrvačník rotuje a študent uchopí tyč na jej konci potom ho zodvihne bez väčšej námahy. Ako je to možné?

Vysvetlenie. Vplyvom dodanej mechanickej energie sa zvýšila dynamická hmotnosť zotrvačníka. Generované sily a momenty vplyvom nárastu hybnosti prúdenia deuterónov pôsobia symetricky okolo osi rotácie zotrvačníka. Preto sa ich nárast dynamickej hmotnosti neprejaví na tiaži (statickej hmotnosti) zotrvačníka. Dodaná mechanická energia sa zachováva aj po ustálení otáčok zotrvačníka a prejaví sa na predpätí odstredivých síl F_rad a na predpätí momentov M_1,2.

Sily F_rad poznáme ako odstredivé sily, momenty M_1,2 poznáme ako gyroskopické momenty. Predpätie síl a momentov deuterónov v bode P vytvorí virtuálnu reakciu. Moment, ktorým pôsobí študent okolo bodu P, nedokáže prekonať predpätie momentov deuterónov. Počas zdvíhania sa rotujúci zotrvačník natočí okolo bodu P, ale iba o hodnotu zodpovedajúcu predpätiu síl a momentov.

Proti momentu sily študenta na ramene (L + ∆L), pôsobí rovnovážny moment tiaže F_g na ramene ∆L.S rastúcou dĺžkou L klesá sila potrebná na zdvihnutie zotrvačníka (princíp dvojramennej páky). Ak chytí študent rotujúci zotrvačník v ťažisku, potom musí pôsobiť silou, ktorá sa rovná tiaži nerotujúceho zotrvačníka F_g. Túto skutočnosť je možné overiť jednoduchým experimentom s premenlivou dĺžkou ramena L.