Gewichtloze precessie

[Camiel Wijffels]

Hoi
Ik begrijp van diverse fora op internet dat een roterend voorwerp alleen precessie vertoond wanneer er een uitwendige kracht op werkt? Daar heb ik een beetje moeite mee. Wie helpt me hieruit?
Stel dat we in het midden van een grote open ruimte in het ISS een sneldraaiend fietswiel hebben. Deze hangt vrij, want dat kan in het ISS (toch?). Vervolgens geven we eenmalig een ferme tik tegen de zijkant van het fietswiel, dus niet in de rotatie richting. Wat gebeurt er?
- Het fietswiel verplaatst zich in de richting waarin ik de tik heb gegeven, terwijl het in dezelfde richting blijft draaien, zonder precessie
- Het fietswiel verplaatst zich ongeveer in de richting waarin ik de tik heb gegeven, terwijl het een precessie beweging gaat maken
- Het fietswiel blijft ongeveer op zijn plaats hangen, terwijl het een precessie beweging gaat maken
- Het fietswiel gaat een dubbele draaibeweging maken - één in de oorspronkelijke richting, en één in de richting waarin ik de tik heb gegeven
- all of the above
 
Wie kan me hier verder helpen? Een youtube filmpje van het actuele experiment (als dit al bestaat) zou me flink helpen...

[Michel Uphoff]

Zie hier voor een wat grondiger bespreking van gyroscopen.
 

Het fietswiel verplaatst zich ongeveer in de richting waarin ik de tik heb gegeven, terwijl het een precessie beweging gaat maken.

 
Los van het impulsmoment blijft het m.i. een massa die zal versnellen als er een externe kracht op uit wordt geoefend. Daarnaast verandert de oriëntatie van de rotatie-as (eenmalig, dus niet continue). Onder die nieuwe hoek zal het wiel zich na de tik eenparig verplaatsen.

[317070]

Los van het impulsmoment blijft het m.i. een massa die zal versnellen als er een externe kracht op uit wordt geoefend. Daarnaast verandert de oriëntatie van de rotatie-as (eenmalig, dus niet continue). Onder die nieuwe hoek zal het wiel zich na de tik eenparig verplaatsen.

Dat lijkt me niet juist. Een massa hoeft niet te versnellen als er een externe kracht op wordt uitgeoefend. De energie kan ook volledig omgezet worden in rotatie. Als bij een rigide object de vector aangrijpingspunt-massamiddelpunt loodrecht staat op de krachtvector, is dat ook zo (wat in deze vraag het geval is, gesteld dat het wiel oneindig dun is).
 
Maar ik ben mijn hoofd ook aan het breken over wat er exact zou gebeuren  Toffe vraag!

[Michel Uphoff]

De energie kan ook volledig omgezet worden in rotatie.

 
Dat lijkt mij toch een zeer bijzondere situatie, die in de praktijk niet voor kan komen of zie ik dat verkeerd?
 
Filmpje gevonden. Oscilleert meer dan ik vermoedde. Het blijft een tegen-intuïtief fenomeen.
 

[physicalattraction]

Dat lijkt me niet juist. Een massa hoeft niet te versnellen als er een externe kracht op wordt uitgeoefend. De energie kan ook volledig omgezet worden in rotatie.

 
Dit lijkt me haaks op Newton's wetten te staan, dus ik heb moeite om het te geloven. Kun je een situatieschets maken hiervan, waarbij de nettokracht op het object ongelijk 0 is en er toch geen versnelling gaan optreden?

[Camiel Wijffels]

In mijn gedachtenexperiment, had ik me ook al bedacht dat bij zero gravity, wanneer mijn fietswiel een tik krijgt, er precessie zou moeten optreden. Wikipedia, en veel ander sites, spreken echter over een uitwendige kracht die nodig is om precessie te maken.
 
Wikipedia: "Precessie is de beweging die de draaias van een roterend voorwerp maakt onder invloed van een uitwendige kracht. Zonder zo'n uitwendige kracht wijst de as steeds in dezelfde richting."
 
De precessie van de tol die langzaam omvalt, wordt steeds groter onder invloed van zwaartekracht. Wanneer we op een gegeven moment de zwaartekracht zouden kunnen uitschakelen, zou de precessie van de tol niet groter of kleiner worden, terwijl de tol wel steeds langzamer gaat draaien (onder invloed van luchtweerstand). De uitwendige kracht, waar op internet over gesproken wordt, hoeft dus niet voortdurend aanwezig te zijn, getuige het tweede filmpje. Een tik (kortudrende externe kracht) is voldoende om de precessie op gang te brengen. 
 
Dan heb ik nog wel een andere vraag, aansluitend op mijn eerste vraag. Stel wij hebben twee identieke kogels, verbonden door een koord. De kogels worden tegenover elkaar op een draaitafel gelegd in de grote open ruimte in het ISS, waarbij het koord strak staat. De draai tafel gaat heel hard draaien, waarbij de kogels uiteraard mee gaan. Dan wordt "voorzichtig" de draaitafel van de kogels verwijderd, zodat de kogels en het koord alleen ronddraaien. Hierbij is het midden van het koord de as.
 
Waar we eerst een stijf systeem hadden, het fietswiel, zijn we nu overgestapt naar een flexibel systeem. Ik deel nu loodrecht op de draaias een ferme tik uit aan één kogel. Wat gebeurt er? (ik geef weer een aantal opties, om het niet te moeilijk te maken - maar het blijft voor mij bij een gedachtenexperiment)
- Het flexibele systeem blijft ééndimensionaal draaien, maar onder een andere hoek en bij gelijke draaisnelheid
- Het flexibele systeem blijft ééndimensionaal draaien, maar onder een andere hoek en bij toegenomen draaisnelheid
- Het flexibele systeem gaat een precessie beweging uitvoeren, gelijk aan het stijve systeem
- Het flexibele systeem gaat een tolbeweging in twee richtingen maken (in de oorspronkelijke draairichting, en in de richting van de tik)
- All of the above
 
Wie heeft hier nog leuke ideeen over?

[317070]

 
Dit lijkt me haaks op Newton's wetten te staan, dus ik heb moeite om het te geloven. Kun je een situatieschets maken hiervan, waarbij de nettokracht op het object ongelijk 0 is en er toch geen versnelling gaan optreden?

Welp, I was wrong   En in retrospect snap ik ook waarom.
 
http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:2XXEb9T0dzEJ:en.wikipedia.org/wiki/Couple_%28mechanics%29+&cd=1&hl=en&ct=clnk&gl=be

[Camiel Wijffels]

Helemaal niemand...???