자이로스코프 운동기구, 손목의 힘을 강화하다.

 

1. 자이로스코프 운동기구 개념

 

자이로스코프 운동기구는 물리치료에 사용되는 특수한 기구로 손목의 힘을 키워 손바닥, 팔뚝, 손가락 근육의 발달을 촉진하는 역할을 합니다. 또한 회전 역학의 몇 가지 측면을 보여주는 독특한 시연으로 사용될 수 있습니다. 이 장치는 테니스 공 크기의 플라스틱 또는 금속 껍질로 구성되어 있으며 자유 회전하는 덩어리를 둘러싸고 있으며 내부의 무거운 코어는 짧은 립 스트링을 통해 회전합니다. 일단 내부의 자이로스코프가 충분히 빠르게 진행되면, 기기를 들고 있는 사람은 손목을 원으로 움직여서 회전 질량을 높은 회전 속도로 가속시킬 수 있습니다.

 

2. 자이로스코프 운동기구 구조

이 장치는 외부 껍질 안에서 회전하는 덩어리로 이루어져 있습니다. 껍질은 내부의 질량을 거의 완전히 덮고 있고, 자이로스코프를 수동으로 시작할 수 있는 작은 둥근 구멍만 있습니다. 회전 질량은 얇은 금속 액슬에 고정되며, 각 끝단은 외부 쉘의 원형 적도 홈에 갇힙니다. 액슬 끝단을 위한 두 개의 노치가 있는 경량 링은 홈에 놓여 있습니다. 이 링은 홈 안으로 미끄러질 수 있습니다. 회전 자이로스코프의 중심을 셸 안에 두 개가 접촉하는 것을 방지하고(자이로가 아래로 떨어지는 것을 방지), 축의 방향이 바뀔 수 있습니다.

회전 질량이 균형을 이루므로 회전 속도를 높일 수 있는 유일한 방법은 홈의 측면이 액슬의 끝에 힘을 가하는 것입니다. 또한, 수직력과 축력은 영향을 미치지 않으므로 마찰력에 의해 접선력을 제공해야 합니다. 액슬이 정지해 있으면 마찰력이 회전 속도를 늦추는 역할만 하지만, 토크를 가해 액슬을 회전시키면 상황이 크게 달라집니다.

이것은 그루브의 평면 또는 축과 정렬된 축 주위를 제외한 모든 방향으로 셸을 기울임으로써 달성될 수 있습니다. 기울어짐에 따라 액슬 엔드가 홈을 따라 이동하게 됩니다. 이동의 방향과 속도는 자이로스코프의 세차운동에 대한 공식에서 찾을 수 있습니다. 적용된 토크는 세차운동의 각속도와 회전질량의 각운동량의 교차곱과 같습니다. 여기서는 토크가 충분히 크면 액슬과 그루브 표면 사이의 마찰로 인해 회전 속도가 빨라지는 방향으로 관찰됩니다.

 

3. 자이로스코프 운동기구 원리

일반적으로 액슬이 수평 홈에서 이동하는 경우 회전 속도를 높이는 한쪽 끝의 마찰은 반대 방향으로 작동하는 다른 쪽 끝의 마찰에 의해 상쇄됩니다. 그러나, 여기서, 차이점은 토크가 인가되고 있기 때문에, 액슬의 한쪽 끝은 홈의 한쪽에 밀리고, 다른 한쪽 끝은 홈의 다른 쪽에 밀린다는 것입니다. 토크가 어느 방향으로 인가되는지는 중요하지 않습니다. 토크가 반대로 흐르면 액슬의 각 끝이 홈의 반대쪽에 눌리지만 세차운동의 방향도 반대로 바뀝니다. 

회전의 가속은 인가되는 토크의 방향과 관계없이 발생하기 때문에 충분히 크기만 큰 한 구동 동작의 미세 조정 없이 장치가 작동합니다. 쉘의 틸팅은 세차운동과 특정한 위상 관계를 가질 필요가 없고 심지어 같은 주파수를 가질 필요도 있습니다. 슬라이딩(운동) 마찰은 일반적으로 정적(접착) 마찰만큼 강하므로 토크 값을 정확하게 적용할 필요가 없습니다(홈 측면을 따라 미끄러지지 않고 액슬이 롤링됩니다). 이러한 요소들은 초보자들이 단지 몇 분의 연습 후에 회전 속도를 높이는 것을 배울 수 있게 해 줍니다.

설명된 바와 같이, 외부 운동량(손과 팔 근육)에 의해 공급되는 에너지는 자이로스코프의 회전 에너지로 자신의 축을 중심으로 직접 변환될 수 없습니다. 그래도 그것은 세차운동의 에너지로 전환됩니다. 자이로스코프 축과 홈의 측면 사이의 마찰에 의해, 이 에너지의 일부가 자이로스코프 축을 중심으로 회전하는 에너지로 변환되어 자이로스코프를 가속시킵니다. 이것은 마찰이 있고 볼링공과 같은 둥근 물체가 수평면을 따라 던져질 때 발생합니다. 공의 운동 에너지의 일부는 마찰로 인해 회전 에너지로 변환됩니다.