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回転するコマの重心
コマを台の上に置くと、重心がより低くなるような状態で静止します。コマを回転させると、逆に重心がより高くなるような状態になります。回転させると重心が高い位置にくる理由を教えてください。
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再度申し上げますが、回転させるから重心が上に上がるというのではありません。 これは、慣性力によるジャイロ効果です。 下記ＵＲＬを参照してください。
- randy777
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質問の意図がはっきりしませんので確認させてください。 ・コマは静止状態では重心が低い状態で安定している。 ・回転するコマは重心が高い状態で安定している ということでしょうか？ であれば、運動量保存の法則と角運動量保存の法則で 説明がつくかと思います。 外部から力が発生しない場合、運動量、角運動量は 保存されます。 停止状態では、位置エネルギーのもっとも低い状態で 停止しますが、（重心が低いところ）そのままの 状態を維持します。（運動量保存なので動かない） 回転状態では、今度は角運動量が保存されます。 回転するコマは、その慣性モーメント・角速度の 角運動量を持っています。 そこに、外部から力が加わらない場合、 その状態を維持することになります。 つまり、回転状態に入ったときに、 重心が高ければ、その状態を維持するわけです。 質問の意図が違ったらすいません。
お礼
回答ありがとうございます。 ＞回転するコマは、その慣性モーメント・角速度の 角運動量を持っています。 ＞回転状態に入ったときに、 重心が高ければ、その状態を維持するわけです。 このことはわかるんですが、No.2の方が書かれた逆立ちゴマのように、重心が上へ移動する理由がわからなかったんです。 言葉足らずですみません。
- shkwta
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高速で回転している物体の軸に、軸を傾けようとする力を加えると、力の方向に倒れるのではなく、力と垂直な方向に軸が回ります。 コマが倒れないのはこのためです。コマを斜めにして回すと、この性質のために首振り運動をします。 コマがちょっと倒れたとき、軸の先と床との摩擦力が軸を動かそうとします。すると軸は摩擦力と垂直な方向に移動しますが、これがコマが起き上がる方向になります。コマがちょっと倒れかけたとき、すぐ自然に立つのはこのためです。こうして、コマは安定して回ります。 ところで、逆立ちゴマというものもあります。コマを回すと、そのうちひっくり返って逆さの状態で回るものです。これも、上で説明した床との摩擦力によって起こる現象です。
お礼
なるほど。だからコマは傾いたり駆け回ったりしながらも倒れないんですね。わかりやすい説明ありがとうございます。
回転させると重心が高い位置にくるというのではないでしょう。 静止している場合は単に重力だけですが、回転している場合は慣性力でいつまでもその状態を保とうとします（慣性の法則）。はずみ車もこの原理ですね。
お礼
回答ありがとうございます。 ジャイロ効果の説明はわかりやすいですね。ただ、私が知りたかったことと、ちょっとちがうようなんです。