Гироскопический тренажер для кисти рук польза
Гироскоп Powerball – это захватывающее, многогранное устройство, которое быстро распространяется по всему миру. Это портативное устройство размером с бейсбольный мяч, которое можно использовать в фитнесе, спорте, реабилитации или даже в игровой форме. Благодаря компактным размерам его можно использовать везде и всегда.
Содержание
- Что такое гироскопический эспандер
- Особенности устройства кистевого тренажера Powerball
- Плюсы кистевого тренажера Powerball
- Минусы тренажера Powerball
- Как пользоваться – пошаговая инструкция
- Как раскрутить гироскопический эспандер — инструкция в видео формате
- Какие мышцы работают
- Как и сколько тренироваться
- Топ-3 производителя гироскопических кистевых эспандеров
- Powerball
- Torneo
- Body Form
- Заключение
Что такое гироскопический эспандер
Powerball – революционное устройство для восстановления и укрепления рук. Всем спортсменам необходимо увеличивать силу для выбранного вида спорта, гироскопический тренажер может помочь в дисциплинах, требующих силу хвата и мышц рук. Когда Powerball используется в течение длительного периода в рамках тренировочной программы спортсмена, он укрепляет мышцы запястья, рук и плеча. Доказано, что это напрямую влияет на увеличение выносливости. Пауэрбол можно использовать для укрепления силы рук, необходимой в гольфе, бейсболе, теннисе, хоккее, а также в таких видах спорта, как: скалолазание, гребля, катание на горных велосипедах или мотокросс.
Несмотря на то, что гироскопический эспандер является отличным инструментом для спортсменов всех уровней, он также используется в реабилитации при травмах рук, в том числе запястья. Специалисты в области медицины все чаще пропагандируют использование кистевого эспандера Powerball при повреждениях мышц и связок.
Атрофия мышц является неизбежным побочным эффектом травмы руки. Потери мышечной массы происходят во время восстановления, когда мышцы не работают совсем. Атрофия особенно распространена при переломах или растяжениях связок, если рука находится в гипсе длительное время. Как только травма заживает, можно начинать наращивать мышечную массу, практикуя регулярные силовые тренировки. Вращения тренажера Powerball в течение трех минут в день, этого будет достаточно.
Особенности устройства кистевого тренажера Powerball
Внутри оболочки находится ротор, вращающийся вокруг своей оси. При вращении создается сопротивление, необходимое для тренировки мышц. Нагрузка создается при отклонении тренажера, благодаря действующей силе, и гироскоп отклоняется во все стороны. Чем больше скорость вращения запястья, тем больше сопротивления создается и сложность повышается. Это безударная изометрическая нагрузка для восстановления и укрепления мышц рук.
По мере того, как увеличивается скорость устройства, сила сопротивления в руке тоже растет. Скорость устройства варьируется от 2000 до 17000 оборотов в минуту, и на максимальной скорости создается сопротивление до 18-20 килограмм. При первом использовании устройства может возникнуть боль в мышцах, что является нормальным явлением для любых упражнений, но при регулярном использовании дискомфорт уходит, так как мышцы будут в тонусе.
Плюсы кистевого тренажера Powerball
- Помогает наращивать мышечную силу, стимулировать кровоток и восстанавливать весь диапазон движений в суставах.
- Тренажер также используется для облегчения симптомов туннельного синдрома запястья.
- Улучшает движение суставов даже при симптомах повторяющейся травмы от перенапряжения.
- Гироскопический эспандер можно применять в любом возрасте.
- Реабилитирует после переломов и атрофии мышц.
- Ускоряет время восстановления после травм.
- Способствует профилактике появления новых повреждений.
Минусы тренажера Powerball
- Пластиковая оболочка тренажера при падении может треснуть и прийти в непригодность.
- Более практичные металлические конструкции стоят дорого.
- В некоторых устройствах не предусмотрен счетчик оборотов или гарантийный талон.
Как пользоваться – пошаговая инструкция
- Удерживайте тренажер крепко в руке. С помощью предусмотренной веревки, предварительно вставив ее в паз ротора, задайте движение.
- Вращайте кисть, совершая круговые движения, тем самым увеличивайте скорость гироскопа.
- Далее удерживайте в руке тренажер, важно противостоять силе сопротивления, которая отклоняет тренажер в разные стороны.
- Регулируйте темп вращения самостоятельно. Чем быстрее скорость вращения запястья, тем быстрее вращается ротор.
Как раскрутить гироскопический эспандер — инструкция в видео формате
Какие мышцы работают
Гироскоп используется для тренировки рук – запястий и плеч, помогая тонировать мышцы. Этот простой и эффективный тренажер используется для укрепления мышц кистей, плеча и предплечий.
Как и сколько тренироваться
- Для реабилитации после травм следует заниматься при скорости 5-6 тысяч оборотов, начав с одной минуты в день. Постепенно доводите длительность до трех минут в день.
- Для укрепления мышц и связок начните тренировки с максимального количества оборотов в минуту (результат сохранится в памяти устройства). Поставив собственный рекорд, с каждым днем старайтесь увеличивать количество оборотов. Постепенно повышайте длительность тренировок до пяти минут в день.
Топ-3 производителя гироскопических кистевых эспандеров
Powerball
Лидер по производству гироскопов представляет оригинальные тренажеры Powerball с пожизненной гарантией. Среди них такие запатентованные виды, как – Classic, Fusion и Autostart.
Torneo
Китайский бренд спортивных аксессуаров так же выпускает кистевые тренажеры, не уступающие в эффективности оригиналу. Гироскопы достигают 15000 оборотов, оснащены счетчиком, подсветкой и браслетом на руку для безопасного использования.
Body Form
Еще один бренд гироскопических тренажеров, более бюджетных, но стремящихся повторить успех оригиналов. Тренажеры подсвечиваются, и чем быстрее скорость вращения, тем ярче подсветка.
Заключение
По мере привыкания к нагрузкам можно постепенно наращивать скорость вращения и прогрессировать на каждом этапе своего тренировочного процесса. Но не останавливайтесь на этом – регулярное использование Powerball является отличным способом поддержания мышечной массы и здоровья суставов. Компактный размер позволяет легко вращать Powerball на ходу или в офисе. Регулярные тренировки гарантируют, что руки станут здоровыми и сильными, что значительно снизит риск получения еще одной травмы в будущем.
Разноцветными блестящими шариками из пластмассы или металла сегодня увлекаются не только подростки, но и вполне солидные мужчины. Есть ли польза от устройства под названием «пауэрболл» и что нужно о нем знать?
Пауэрболл выглядит как игрушка, однако его предназначение — спортивный тренажер. Это шар, внутри которого находится устройство гироскопа — ротор, ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Мышцы рук тренируются от усилий при удерживании вращающегося шара.
Строго говоря, Powerball — это название лишь одной из марок гироскопических тренажеров, но очень часто пауэрболлом называют вообще любой такой тренажер.
Есть ли польза
Чаще всего пауэрболл рекламируется как средство для преодоления пресловутого туннельного синдрома, который, как говорят, угрожает практически всем офисным работникам. Синдром запястного канала, как он правильно называется, это сдавление срединного нерва между тремя костными стенками и удерживателем сгибателей (связкой между лучевым и локтевым возвышениями запястья, предназначенной для удержания сухожилий мышц, сгибающих пальцы и кисть). Этим заболеванием страдают в первую очередь те, кому по долгу службы приходится совершать постоянные однообразные движения кистями рук — люди, работающие на сборке приборов или машин, сурдопереводчики, гитаристы. А вот достоверных сведений о том, что этот синдром чаще появляется у тех, кто не выпускает компьютерную мышь, нет.
Поэтому, пожалуй, правильнее будет рассматривать гироскопический тренажер как средство для укрепления мышц рук. Также он может быть полезен при восстановлении связок и сухожилий после переломов и вывихов.
Нагрузку на руки пауэрболл, несомненно, создает. Ролики на youtube, демонстрирующие, как штучка размером с антоновку заставляет накачанных мужчин до предела напрягать мышцы не только кистей, но и предплечий, и плеч, выглядят весьма убедительно.
Как пользоваться
Сначала нужно раскрутить ротор. После этого зажмите шар в руке и начинайте делать ею вращательные движения, увеличивая скорость раскрутки. Крепко удерживайте шар, т. к. силы действия будут пытаться отклонить его в разные стороны. Для достижения хороших результатов, используйте не только мышцы кисти, но и предплечья, плеча, плечевого пояса. По мере того, как вы будете тренироваться, вы сможете раскручивать тренажер все больше — мировой рекорд на сегодняшний день 16732 оборота в минуту. Существуют также более сложные упражнения с пауэрболлом, которые можно легко найти на специализированных сайтах и форумах.
Вред от гироскопического тренажера тоже возможен. Во-первых, не давайте взрослый пауэрболл детям до 12 лет — их руки еще слишком слабы (для детей существуют специальные модели). Кроме того, продавцы обычно предупреждают о том, что подобные тренажеры противопоказаны людям с сердечно-сосудистыми заболеваниями. При использовании пауэрболла требуется известная осторожность — нельзя прикасаться к вращающемуся шару, чтобы не обжечься.
Как выбрать
Диапазон цен на различные модели гироскопические тренажеры очень широкий — примерно от 900 до 13 000 рублей. Можно купить и аналог за 500 рублей, но такие пауэрболлы все же скорее игрушки, к тому же довольно недолговечные. Впрочем, это неплохой вариант, если у вас «руки чешутся» попробовать, но вы не уверены, что не забросите приобретение за диван через месяц.
Полезных «фишек» у пауэрболла, в принципе, немного. Основная накрутка стоимости идет за счет различных подсветок и украшений. Корпус самых дорогих моделей даже покрывают золотом. На что реально стоит обратить внимание?
Во-первых, одни модели тренажеров были снабжены шнурками для их раскрутки, другие «заводятся», если раскрутить ротор пальцами. Во-вторых, имеет значение материал, из которого изготовлен тренажер. Наиболее прочные модели — те, которые целиком изготовлены из металла. Если вы хотите ставить рекорды — выбирайте модель со счетчиком оборотов или возможностью установить такой счетчик. Некоторые модели могут разбираться — например, для чистки.
Существуют также фут-тренеры — приспособления, позволяющие при помощи пауэрболла тренировать мышцы ног. Надеваете фут-тренер на ступню или под коленную чашечку, раскручиваете шар, укрепляете его в фут-тренере и начинаете вращательные движения ногой.
Еще один тренажер на основе пауэрболла — двуручный эспандер, который надо держать наподобие руля, — позволяет тренировать одновременно две руки.
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Гироскопический тренажер для рук разработан на основе гироскопа – устройства, которое ранее широко использовалось для определения пространственных направлений. В настоящее время прибором пользуются, в основном, люди, подверженные развитию синдрома запястного канала. Запущенная стадия синдрома нуждается в серьезном стационарном лечении. Чтобы избежать подобных проблем, рекомендуется заниматься профилактикой развития кистевых суставов. А для этого, как нельзя лучше, подходит гироскопический тренажер.
Дизайн
Внешне гироскопические тренажеры имеют очертания небольшого шаровидного предмета. Основа корпуса, в большинстве случаев, выполнена из прочного пластика разных цветов и уровня прозрачности. В то же время существует целая масса металлических моделей гироскопических тренажеров. Однако такие варианты отличаются несколько завышенной стоимостью и используются, преимущественно, продвинутыми спортсменами.
Гироскопический тренажер может содержать в верхней части электронный счетчик оборотов. Некоторые модели со сниженной стоимостью обладают лишь посадочным местом под подобные аксессуары, которые могут докупаться отдельно, по необходимости.
В нижней части тренажера имеется открытая область, через которую можно увидеть работу ротора. Запускается он при помощи специальной нити. Корпус подобных устройств, зачастую, покрывается эластичными резиновыми накладками, что способствует уверенному удержанию тренажера в руке.
Отдельно следует упомянуть о подсветке гироскопических тренажеров для тренировки кисти руки. Например, гироскопический тренажер torneo, как и целая масса других популярных моделей, обладает динамической подсветкой, где яркость свечения и его оттенок изменяются, исходя из интенсивности кистевых движений и скорости оборотов ротора.
Принцип работы
Как уже отмечалось выше, функционирует гироскопический тренажер на основе быстро вращающегося ротора в середине пластиковой сферы. В основе тренировки лежит выполнение круговых, вращательных движений кистью руки, что добавляет крутящемуся ротору дополнительные обороты. Вращение тренажера с активизированным ротором приводит к воздействию на кисть противоположно направленных сил, что требует крепкого удержания устройства в руке.
Запуск ротора вместе с наклоном тренажера в стороны заставляет оси прибора двигаться по специальным канавкам – верхней и нижней. Сила трения между осями и структурой канавок может замедлять либо ускорять вращение внутреннего гироскопа. Максимальное ускорение становится наиболее ощутимым, когда оси ротора приобретают самое ровное скольжение по канавкам.
Наличие силы трения играет определяющую роль в тренировках при помощи гироскопического тренажера. Поэтому для достижения заметного эффекта не рекомендуется производить смазку механизмов подобных устройств.
Чем полезен гироскопический тренажер?
Поведение гироскопического тренажера при запущенном роторе несколько напоминает действие волчка или игрушки йо-йо. Однако в отличие от данных устройств, «гироскоп» дает возможность наслаждаться слаженной работой внутреннего механизма, развивать гибкость суставов, тренировать мышцы и кисти рук, достигать высоких результатов, фиксировать собственные рекорды.
Приобретать гироскопический тренажер (250 гц), или устройства любой другой мощности рекомендуется людям, повседневная деятельность которых связана с необходимостью выполнения однотипных движений кистями рук в сидячем положении. Усилия, которые придется прилагать к занятиям на гироскопическом тренажере, активизируют не только суставы и мышцы кисти рук, но также заставят работать предплечья и весь плечевой пояс.
Гироскопический тренажер – как пользоваться?
Работа гироскопических тренажеров возможна при отсутствии каких-либо элементов питания. Для активизации ротора устройства, обычно, достаточно его заведения специальным шнурком при активных вращательных движениях кистью руки.
Повысить сложность занятия на тренажере можно, выполняя вращательные кистевые движения в противоположном направлении к оборотам ротора. Такой подход приводит к появлению сопротивления между разнонаправленными силами, что заставит мышцы руки преодолевать дополнительную нагрузку. В данном случае воздействие тренажера приходится не только на область запястья, но также зону плечевого пояса.
Для применения тренажера не требуется специальная подготовка или определенный уровень физического развития. Подходит устройство пользователям любых возрастов, включая детей и людей старшего возраста.
Упражнения для тренировки на гироскопическом тренажере
- Тренировка трицепса нуждается в максимально плотном обхвате корпуса тренажера пальцами. В исходном положении рука находится в расслабленном состоянии, опущенной вниз. Суть упражнения заключается в выполнении вращательных движений предплечьем во фронтальном направлении по часовой стрелке с постепенным нарастанием скорости оборотов.
- Упражнения на бицепс заключаются в поднятии и опускании согнутой в локтевом суставе руки с зажатым в кисти тренажером. Для тренировки бицепса выполняются также плавные, ритмичные вращательные движения кистью. При наиболее активных движениях дополнительно происходит тренировка всей верхней части руки.
- Тренировка грудных мышц предполагает удержание тренажера на вытянутой в сторону руке. Выполнять вращательные движения кистью необходимо настолько активно, чтобы ощущались нагрузки на всю руку и мышцы груди, вплоть до самой шеи.
- Чтобы тренировать пальцы, достаточно производить вращения, прочно зажав тренажер кистью руки. Нагрузку на пальцы можно регулировать благодаря перемещению тренажера ближе к их окончаниям или к ладони. Для достижения высоких результатов и повышения эффективности тренировок, рекомендуется изменять стороны вращения.
Кого можно порадовать гироскопическим тренажером?
Гироскопический тренажер может стать эффективным средством преодоления синдрома зажатости запястного канала, снятия мышечной усталости, а также развития суставов и мышц запястья для следующих категорий пользователей:
- офисных работников со стажем;
- людей, деятельность которых связана с необходимостью длительного нахождения в малоподвижном, сидячем положении;
- пользователей, которым приходится проводить основную часть дня перед компьютером;
- людей старшего возраста, что страдают от недостатка активности;
- школьников и студентов, что нуждаются в развитии мелкой моторики пальцев или преодолении хронической зажатости кистевого сустава.
Гироскопический тренажёр с намотанным на ротор шнурком для его начальной раскрутки
Гироскопический тренажёр — малогабаритный спортивный тренажёр, принцип работы которого основан на свойствах роторного гироскопа. Используется для создания нагрузки мышц и суставов кисти руки. Для достижения высоких степеней раскручивания ротора гироскопического тренажёра задействуются мышцы предплечья, плеча и плечевого пояса.
В некоторой степени этот тренажёр можно отнести к предметам развлечения (игрушкам), в силу своих довольно необычных свойств, демонстрирующих физические законы в области классической механики.
Конструкция[править | править код]
Представляет собой небольшой предмет шаровидной формы, который может прочно обхватываться ладонью и удерживаться пальцами одной руки взрослого человека. Также существуют модели тренажёра для детей — с меньшими габаритами, по сравнению со взрослой моделью. Есть ещё одна разновидность тренажёра с двумя диаметрально противоположно расположенными ручками по сторонам корпуса тренажёра, за которые держатся обеими руками одновременно как за рулевое колесо.
Корпус содержит в себе устройство гироскопа. В основном корпус изготавливается из прозрачной пластмассы, модели с корпусом из металла встречаются реже и стоят дороже пластмассовых. В корпусе, как правило, имеется отверстие, через которое осуществляется доступ к ротору для его начального раскручивания. Тренажёры без открытой части ротора имеют небольшие отверстия для продевания пластмассового стартера в виде тонкой полоски с зубчиками, который раскручивает ротор с помощью реечной передачи.
Основную массу тренажёра составляет массивный ротор, ось которого может вращаться в строго диаметральном положении по кольцевой канавке внутри корпуса. Ротор, в большинстве случаев, состоит из сочетания пластмассы и металла; роторы полностью состоящие из металла, так же как и в случае с корпусом, встречаются в более дорогих моделях тренажёра.
Возможность разборки тренажёра по частям (например, для его очистки) может присутствовать или нет.
Описание частей[править | править код]
- Корпус — если он разбирается, то состоит из двух частей-половинок. Части пластмассовых корпусов удерживаются защёлками и винтами, а части металлических закручиваются на резьбу[1]. Корпус удерживает ось ротора в круговой канавке.
- Ротор — элемент, который может вращаться как вокруг собственной оси, так и в плоскости проходящей через ось вращения ротора по круговой канавке.
- Ограничительное кольцо — удерживает ось ротора строго в одной плоскости, не давая ей во время кручения «врезаться» в круговую канавку. Это кольцо вращается вместе с ротором по круговой канавке.
В тренажёрах, корпус которых изготовлен из металла, в паре используются сменные пластмассовые кольца, которые образуют круговую канавку и о которые трётся ось ротора, и поэтому преимущества в плане долговечности перед тренажёрами с пластмассовым корпусом не обнаруживается. Как правило, в комплекте металлического тренажёра прилагается сменный набор таких колец вместе с ограничительным кольцом[1][2].
Особенности[править | править код]
Модель со счётчиком оборотов
Некоторые тренажёры оснащаются либо могут дооснаститься электронным счётчиком, который позволяет регистрировать максимальное количество оборотов в минуту (RPM, англ. Revolutions per minute). Текущий мировой рекорд — скорость в 17 015 оборота в минуту, был поставлен греком Акисом Критсинелисом (греч. Akis Kritsinelis) 7 января 2009 года. Также ему принадлежит рекорд индекса силы (количество оборотов за 90 секунд), равный 21 228 оборотов.
Существуют светящиеся модели тренажёра, на которых установлено несколько светодиодов и динамо-машина, вырабатывающая электричество для их работы.
Использование[править | править код]
Тренажёр во время использования необходимо крепко удерживать в руке, так как силы действия будут пытаться отклонять его в разные стороны. Нельзя допускать падения тренажёра, особенно во время его движения.
Сначала необходимо придать ротору некоторый минимальный кинетический момент. Это производится путём резкого и скользящего касания выступающей части ротора пальцем (как правило, большим) по направлению вращения. Для облегчения запуска используется стартер в виде шнурка который вставляется в небольшое отверстие в роторе и наматывается на него по жёлобу (как на катушку), после чего он выдёргивается за оставшуюся часть.
Когда ротор раскручивается до 2—3 тысяч оборотов в минуту, человек, удерживающий тренажёр в руке, может разогнать его до значительно более высоких скоростей путём совершения круговых движений кистью.
Во время приложения постоянной внешней силы к гироскопу, он начинает поворачиваться вокруг некоторой оси, не совпадающей по направлению с основной осью вращающегося ротора, то есть прецессировать. При этом вращение происходит не в соответствии с направлением воздействия внешней силы. Величина прецессии пропорциональна величине действующей силы. В случае прекращения внешнего воздействия прецессия мгновенно заканчивается, но ротор продолжает вращаться.
Как только ротор запущен, наклон устройства заставит один конец оси двигаться по верхней стороне канавки, а другой — по нижней. Когда ось вращающегося ротора соприкасается с верхней и нижней поверхностью канавки, это вызывает прецессию и ось ротора начнёт кольцевое движение по ней. Сила трения между осью и поверхностью канавки может либо ускорять, либо замедлять вращение гироскопа. Наибольшее ускорение достигается тогда, когда ось ротора начинает «скользить» по поверхности канавки максимально ровно. Поскольку сила трения очень важна для подобного эффекта, устройство ни в коем случае нельзя смазывать. Максимальная скорость вращения ротора достигается при удерживании сферы в руке и постоянном поддержании вращения движением кисти.
Физический принцип работы[править | править код]
Рис. 1. Характерный внешний вид гироскопического тренажёра.
Рис. 2. Основные составляющие гиротренажёра. Бледно-голубым цветом обозначен полупрозрачный корпус, светло-сиреневым — круговая канавка, чёрным — ось гироскопа, жёлтым — ротор.
Рис. 3. Основные метрические параметры гиротренажёра. Длина оси и диаметр оси .
Рис. 4. Ориентация оси относительно опор канавки и действие сил реакции опоры на ось гироскопа.
Рис. 5. Обозначения и направления векторов. Режим торможения.
Рис. 6. Обозначения и направления векторов. Режим ускорения.
На рисунке 1 показан вид компьютерной модели гиротренажёра. На примере этой модели построены все последующие рисунки, поясняющие устройство и его механику. На рисунке 2 показаны детали внутреннего строения гиротренажёра. Основные его составляющие это корпус, круговая канавка, по которой скользит ось гироскопа, ротор наглухо насаженный на ось, представляющую собой цилиндр длины и диаметра . Круговая канавка жёстко соединена с корпусом гиротренажёра. Ротор представляет собой однородное тело осевой симметрии. На рисунке 2 для большей наглядности часть корпуса «приоткрыта», так чтобы были видны внутренние элементы. Также удалена часть стенки круговой канавки. Ширина паза круговой канавки немного превышает диаметр оси. Ротор гироскопа может приводиться в быстрое вращение вокруг оси, которая может свободно скользить в пазах круговой канавки.
На рисунке 3 приведены обозначения наиболее важных размеров гиротренажёра. (Часть ротора удалена, так чтобы была видна ось.) Это длина оси гироскопа (точнее — расстояние между точками опоры оси на горизонтальные поверхности круговой канавки) и диаметр оси . При скольжении оси гироскопа по канавке на ось действуют силы трения, которые обычно приводят к уменьшению скорости вращения ротора. Но если определённым образом действовать на ось гироскопа, то те же силы трения будут ускорять вращение ротора.
Рассмотрим мгновенную ситуацию движения гироскопа. Кроме сил трения на ось гироскопа со стороны боковых поверхностей круговой канавки действуют силы реакции опоры. Если ось гиротренажёра покоится и оба конца оси опираются на нижнюю грань канавки, то на них действуют одинаковые силы реакции опоры, в сумме момент этих сил равен нулю. Поэтому, если разогнать ротор гиротренажёра до угловой скорости и никак не двигать его корпус, то ось гироскопа не будет менять своего направления, а скорость вращения постепенно будет убывать из-за сил трения, действующих между осью гироскопа и поверхностями круговой канавки. Если после предварительного разгона ротора определённым образом поворачивать гиротренажёр, то один конец оси будет упираться на верхнюю грань, а другой — на нижнюю грань круговой канавки. При этом один конец оси упирается в верхнюю грань круговой канавки, а другой — в нижнюю, то есть мгновенные направления действий реакции опоры противоположны и, допустим для простоты, равны по модулю (рис. 4), и существует ненулевой момент внешних сил, действующий на ось гироскопа, вызывающий его прецессию. На рисунке 5 показаны вектора сил и скоростей описывающих прецессионное движение одного из концов оси. Для противоположного конца оси ситуация аналогична. Суммарный момент внешних сил равен:
(1),
откуда для скалярных величин, в силу перпендикулярности векторов: и
(2).
Двойка возникает из-за действия сил реакции опоры на обоих концах оси (рис. 4). Обозначим момент инерции гироскопа относительно оси вращения через , тогда момент импульса вращающегося гироскопа:
(3),
(Ось вращения совпадает с главной осью тензора инерции ротора). Действие момента сил вызывает прецессию оси гироскопа с угловой скоростью , равной в соответствии с приближённой теорией гироскопа [1], § 50 стр. 284 и с учётом формул 1—3:
(4)
Приближённая теория гироскопа даёт хорошее приближение при условии, что полный момент импульса ротора связан только с движением ротора вокруг своей оси, то есть при условии, что частью момента импульса ротора связанного с прецессией можно пренебречь. Такое условие выполняется если частота прецессии значительно меньше частоты вращения ротора и если главные моменты инерции ротора примерно одного порядка величины. Как будет показано ниже эти условия можно считать выполненными.
Линейная скорость центра оси относительно корпуса гиротренажёра , а линейная скорость боковой грани оси относительно центра оси: . (см. рисунки 5 и 6) Суммарная скорость элемента боковой грани в месте её контакта с поверхностью круговой канавки
(5)
Если , то сила трения, действующая всегда против направления скорости, будет направлена так, как показано на рисунке 5, то есть будет тормозить вращение ротора вокруг своей оси. Сила трения также как и сила реакции опоры имеет некоторый момент — момент силы трения. При этом момент силы трения будет стремиться инициировать прецессию в вертикальной плоскости, но из-за наличия опоры в виде круговой канавки такая прецессия невозможна. Такое действие момента силы трения приведёт лишь к усилению давления концов оси на опоры, вследствие чего возрастёт сила реакции .
Большая сила реакции опоры в соответствии с формулами 2 и 4 должна привести к более высокой частоте прецессии. Критическое значение частоты прецессии определяется условием , чему соответствует . Отношение можно считать, по крайней мере, не превышающем 0,1, следовательно, описание режимов при которых имеет значения вблизи нуля с помощью приближённой теории гироскопа корректно.
При сила трения может принимать любое направление и любое значение в диапазоне от нуля до своего максимального значения, определяемого коэффициентом трения . В самосогласованном режиме, когда , скольжения нет, но сила трения тем не менее имеет ненулевое значение меньшее которое обеспечивает, в конечном итоге, необходимую для частоты прецессии силу реакции . Такое движение можно рассматривать как периметрическое (по периметру) движение оси гироскопа [1], стр 295—296. Потери энергии в таком режиме связаны в основном с трением качения и с вязким трением о воздух, что и приводит к постепенной остановке ротора.
Если же сторонними силами поддерживается такая сила реакции опоры, что выполняется условие , то сила трения будет направлена в противоположную сторону, как показано на рисунке 6. При этом сила трения будет ускорять вращение ротора вокруг своей оси, и, кроме того, уменьшать силу реакции опоры. Таким образом, для поддержания режима ускорения требуется приложение внешних сил, таких чтобы обеспечить достаточно большое значение силы реакции опоры. Условие для мгновенного значения силы реакции опоры в режиме ускорения вытекает из требования , то есть: , откуда получаем, с учётом (4):
(6)
Как показывает вышеприведённое условие, требования к значению силы реакции опоры растут квадратично по отношению к частоте вращения ротора. Также можно отметить пропорциональность требуемой силы реакции радиусу оси гироскопа и обратную пропорциональность квадрату длины оси . Сложность поддержания режима ускорения при высоких угловых скоростях также связана с тем, что направление внешних сил должно «отслеживать» мгновенное положение концов оси гироскопа.
На практике, человек держа в руке гиротренажёр с предварительно разогнанным ротором, начинает совершать кистью круговые движения. При этом плоскость круговой канавки меняет свою ориентацию, вращается, так что вектор нормали к этой плоскости описывает конусообразную поверхность. Со стороны круговой канавки на концы оси ротора в режиме ускорения всё время должно оказываться дополнительное усилие. «Отслеживать» положение оси помогает момент эффект прецессии, воспринимаемый кистью как сопротивление к вращению в задаваемом направлении. Частота круговых движений кисти должна совпадать с частотой прецессии . При росте частоты вращения ротора , минимальное требование к частоте прецессии растёт линейно с . Поэтому на больших частотах необходимо не только обеспечить высокое значение силы реакции опоры, но и быстрое изменение точки приложения и направления этой силы. В силу этих двух причин, при больших частотах дальнейший разгон становится очень затруднительным.
Например, для гиротренажёра Powerball 250 Hz с отношением имеем Гц. Иными словами, для разгона ротора до 15 000 об/мин (что соответствует частоте 250 Гц) кисть должна вращать шар с частотой 8 оборотов в секунду.
См. также[править | править код]
- Волчок
- Йо-йо
- Гироскоп
- Эспандер
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. В 5 т. Том I. Механика. 4-е изд. М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2005. — 560 с.