Herramienta de ejercicio giroscópico

Este artículo es sobre la herramienta giroscópica ejercicio y juguete. Para la lotería de Estados Unidos, vea Powerball. Para otros "powerballs", vea Powerball (desambiguación).

Un ejercitador de muñeca giroscópico.

A herramienta de ejercicio giroscópico es un dispositivo utilizado para ejercer el muñeca como parte de terapia física o con el fin de aumentar la fuerza del antebrazo, Palma y el dedo. También puede utilizarse como una manifestación única de algunos aspectos de dinámica rotacional. El dispositivo consta de un pelota de tenis-tamaño de carcasa plástico o de metal alrededor de una masa de giro libre, que se inicia con una cadena corta rip. Una vez el giroscopio dentro se va a rápida, una persona sostiene que el dispositivo puede acelerar la masa girando a tarifas de alta revolución moviendo la muñeca en un movimiento circular.

Mecánica

El dispositivo consiste en una masa giratoria dentro de una cáscara externa. La cáscara cubre casi completamente la masa dentro, con sólo una pequeña ronda de apertura que permite el giroscopio para iniciarse manualmente. El giro masa está fijado a un metal fino eje, cada extremo de las cuales está atrapado en una ranura circular, Ecuatorial en el exterior. Un anillo de peso ligero con dos muescas en él sean el eje se apoya en la ranura. Este anillo puede deslizarse en la ranura; sostiene el giroscopio gira centrado en la cáscara, impidiendo los dos de entrar en contacto (que frenaría el giro), pero sigue permitiendo la orientación del eje para cambiar.

Desde el giro masa está equilibrada, es la única posibilidad para acelerar la rotación para los lados de la ranura para ejercer fuerzas en los extremos del eje. Además, las fuerzas axiales y normales no tendrá efecto, así fuerza tangencial debe ser proporcionado por fricción. Si el eje está parado, la fricción sólo actuará para ralentizar la rotación, pero la situación es muy diferente si el eje está activado mediante la aplicación de un esfuerzo de torsión.

Esto se logra inclinando la cáscara en cualquier dirección excepto en el plano de la ranura o alrededor de un eje alineado con el eje y resulta en un cambio del eje extremos a lo largo de la ranura. Pueden encontrar la dirección y velocidad del cambio de la fórmula para el precesión de un giroscopio: el esfuerzo de torsión aplicado es igual a la producto cruzado de la velocidad angular de precesión y el momento angular el giro de la masa. La observación más importante aquí es que la dirección es tal que, si el esfuerzo de torsión es lo suficientemente grande, la fricción entre el eje y la superficie del surco acelerará la rotación.

Esto puede parecer extraño. Después de todo, si el eje fueron cambiando en una ranura horizontal, la fricción en un extremo que actúa para acelerar la rotación podría cancelarse por la fricción en el otro extremo, operando en la dirección opuesta. La diferencia es que se está aplicando un torque, así uno de los extremos del eje está empujando contra un lado de la ranura, mientras que el otro extremo está empujando contra el otro lado. Asimismo, no importa en qué dirección se aplica el esfuerzo de torsión. Si se invierte el esfuerzo de torsión, entonces será presionar a cada extremo del eje contra el lado opuesto de la ranura, pero también se invierte la dirección de la precesión. La única restricción es que la velocidad de la superficie del eje y el lado de la ranura debido a la precesión, el pariente $\mathit{\Omega}_{\mathrm{P}} R_{\mathrm{groove}}$, debe superar la velocidad relativa debido a la rotación de la masa del hilado, $\omega r_{\mathrm{axle}}$. La potencia mínima necesaria para cumplir con esta condición $I \omega^2 \left( r_{\mathrm{axle}} / R_{\mathrm{groove}} \right)$, donde I es el momento de inercia de la masa de giro, y ω es su velocidad angular.

Puesto que una aceleración de la rotación se producirá independientemente de la dirección del esfuerzo de torsión aplicada, mientras que es bastante grande, el dispositivo funcionará sin ningún ajuste de conducción del movimiento. La inclinación de la cáscara no tiene una relación de fase concreta con la precesión o incluso a tener la misma frecuencia. Puesto que generalmente es casi tan fuerte como la fricción estática (pega) resbalar la fricción (cinética), es también no necesario aplicar precisamente el valor de esfuerzo de torsión que resultará en el eje rodante sin deslizarse a lo largo del lado de la ranura. Estos factores permiten que los principiantes aprender a acelerar la rotación después de sólo unos minutos de práctica.

Aplicando la proporcionalidad de la fuerza de fricción a la fuerza normal, $F_\mathrm{f} = \mu_\mathrm{k} F_\mathrm{n}$, donde $\mu_\mathrm{k}$ es el coeficiente de fricción cinética, puede demostrarse que el par de apriete girando la masa es un factor de $\mu_\mathrm{k} \left( r_{\mathrm{axle}} / R_{\mathrm{groove}} \right)$ más pequeño que el esfuerzo de torsión aplicado a la cáscara. Fuerza friccional es fundamental para el funcionamiento del dispositivo, la ranura no debe ser lubricada.

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