Wie Gyroskope funktionieren

Warum sollte ein Gyroskop dieses Verhalten zeigen? Es scheint völlig unsinnig, dass die Achse des Fahrradrades so in der Luft hängen kann. Wenn man aber darüber nachdenkt, was eigentlich mit den verschiedenen Teilen des Kreisels passiert, während er sich dreht, kann man sehen, dass dieses Verhalten völlig normal ist!

Lassen Sie uns zwei kleine Abschnitte des Gyroskops betrachten, während es sich dreht – den oberen und den unteren, etwa so:

Wenn die Kraft auf die Achse wirkt, wird der Abschnitt am oberen Ende des Gyroskops versuchen, sich nach links zu bewegen, und der Abschnitt am unteren Ende des Gyroskops wird versuchen, sich nach rechts zu bewegen, wie gezeigt. Wenn sich das Gyroskop nicht dreht, dann kippt das Rad um, wie im Video auf der vorherigen Seite gezeigt. Wenn sich das Gyroskop dreht, überlegen Sie, was mit diesen beiden Teilen des Gyroskops passiert: Newtons erstes Bewegungsgesetz besagt, dass sich ein Körper in Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit entlang einer geraden Linie weiterbewegt, solange keine unausgewogene Kraft auf ihn einwirkt. Der obere Punkt des Gyroskops wird also von der auf die Achse wirkenden Kraft beeinflusst und beginnt, sich nach links zu bewegen. Aufgrund des ersten Newton’schen Bewegungsgesetzes versucht er weiterhin, sich nach links zu bewegen, aber durch die Drehung des Kreisels wird er gedreht, und zwar so:

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Während sich die beiden Punkte drehen, setzen sie ihre Bewegung fort.

Dieser Effekt ist die Ursache der Präzession. Die verschiedenen Abschnitte des Gyroskops erhalten Kräfte an einem Punkt, drehen sich dann aber in neue Positionen! Wenn sich der Abschnitt an der Spitze des Kreisels um 90 Grad zur Seite dreht, setzt er seinen Wunsch, sich nach links zu bewegen, fort. Das Gleiche gilt für den unteren Teil des Kreisels – er dreht sich um 90 Grad zur Seite und setzt seinen Wunsch, sich nach rechts zu bewegen, fort. Diese Kräfte drehen das Rad in der Präzessionsrichtung. Da sich die identifizierten Punkte weiterhin um 90 Grad drehen, werden ihre ursprünglichen Bewegungen aufgehoben. Die Achse des Gyroskops hängt also in der Luft und präzessiert. Wenn Sie es so betrachten, können Sie sehen, dass die Präzession überhaupt nicht mysteriös ist – sie ist völlig im Einklang mit den Gesetzen der Physik!