Fyzika helikoptér #4: Jsou to gyroskopySmarter Every Day

Ahoj, vítejte u Smarter Every Day. Víte, že jste v úzkých, když musíte něco vysvětlit pomocí stavebnice. Co stavíš? Kachnu a uvařenou rybu zavinutou v šunce. - Dobrý nápad. A ty? - Západ slunce. Tak jdeme stavět. Začínáme. Ve Smarter Every Day jsme uprostřed série o helikoptérách.

Jestli si pamatujete, říkal jsem vám, že jsou složité. Takže tady je helikoptéra ze stavebnice. Pokud si pamatujete předchozí videa, říkal jsem vám, že jak se točí listy vrtule, mohou měnit sklon, zatímco se rotor točí. Tomu se říká cyklické řízení, a jestli tomu nerozumíte, podívejte se na předchozí video. Můžete si to tam připomenout.

Předpokládejme, že tomu dokonale rozumíte. Mám totiž otázku. Když mám helikoptéru a chci ji takhle nahnout dopředu, jak změníme sklon listů rotoru? Mně by přišlo logické zvýšit vztlak vzadu, což by způsobilo náklon helikoptéry dopředu. To mi dává smysl. Dává to smysl i vám? Jestli ano, tak jste úplně vedle.

Řeknu vám proč. Musíte totiž zvýšit vztlak na straně helikoptéry. A to ji nakloní dopředu. Když jsem na to poprvé narazil, vůbec mi to nedávalo smysl. Ale je to jako u tohohle přístoje. Možná už jste takový viděli. Je to gyroskop. Co má tohle společného s helikoptérami? Když se nad tím zamyslíte, je to hodně hmoty v rychlé rotaci.

Koukněte se na vrtulník. Co je nahoře? Je to hodně hmoty v rychlé rotaci. Když se rotory srovnají s tělem vrtulníku, když chci její tělo nahnout dopředu, čekal bych, že v téhle chvíli budeme ubírat na téhle straně a přidávat tady vzadu, aby se nahnula. Tak to vůbec není. Vypadá to logicky, ale kvůli gyroskopické precesi síla aplikovaná na rotující disk – listy vrtule se chovají jako disk – působí až po 90 stupních.

Takže pokud působíme silou tady, abychom tlačili dolů nebo nahoru, bude působit až po 90 stupních a nakloní vrtulník na stranu. Abychom ho tedy naklonili dopředu, musíme působit silou o 90 stupňů jinde. Takže to je jako předvídání budoucnosti. Něco takového. Takže pokud chci naklonit helikoptéru dopředu, budu působit menší silou o 90 stupňů dříve a větší silou tamhle.

Pak to bude správně? Jo, tato čepel se hýbe nahoru, tato tlačí dolů, a působí o 90 stupňů později, když je nastejno s vrtulníkem. A ten se nakloní takhle dopředu. Já tomu taky nerozumím. Vlastně mi to vysvětlil pilot v technickém muzeu, a stejně jsem to nechápal.

Abyste ovládali náklon o 90 stupňů dopředu na desce cykliky. Jako všechno ve Smarter Every Day jsem to pochopil až při vlastním experimentu. S Carlem jsme připravili velmi složitý experiment, ke kterému potřebujete kolo. Když bylo dost dobré pro bratry Wrightovy, je dost dobré pro mě. A máme připevněnou kameru na zařízení pro aplikaci síly, což je železná páka.

Chceš vysvětlit, co jdeme dělat? Dobře, jdeme... Počkat! Lepší. Můžeš. Budeme působit silou nahoru a jak vidíte, kolo rotuje ve stejné rovině, jako je tahle páka. Ale když se bude točit, bude to jinak. Jdeme se na to podívat.

Když jsem byl malý, hrál jsem si s máminým rotopedem, takže jsem kvalifikovaný na aplikování momentu hybnosti. Moment hybnosti byl aplikován! Blbě se tím manipuluje. Teď uděláme to samé, zatlačíme přímo nahoru, a rotuje to o 90 stupňů jinde, než jsme aplikovali sílu. Tento princip se jmenuje gyroskopická precese. Síla, která se aplikuje kolmo k rovině rotace, se projevuje v 90 stupňovém úhlu od původní síly.

Je to celkem zajímavé. Tady mám rovinu rotace síly, ale projevuje se v této rovině. Z pohledu kamery je vidět, že při síle působící nahoru se nahne na stranu. Je to pěkné. To je všechno, kvůli tomuhle helikoptéry manévrují o 90 stupňů jinde. Chceš něco dodat?

Kromě toho, že jsem celou dobu klečel na koblize? Čau, koni. Co víš o gyroskopické precesi? Sem si moh myslet. Tohle bylo složitější video, snad jste ho pochopili. Klidně mi napište komentář, který by mi pomohl vysvětlit to srozumitelněji. Odebírejte, protože v příštím díle se podíváme na maximální rychlost. A ta neexistuje kvůli zákonům, ale kvůli fyzice. Já jsem Destin, vy jste den ode dne chytřejší.