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Channel: 辛抱しんちゃんのブログ13~俺は本物を掴む迄兎に角やるんだ
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地球の自転・公転運動を始め、ジャイロスコープやそれを応用した船舶や航空機のオートパイロット、船舶や航空機の横揺れを防ぐジャイロスタビライザーの仕組み等を分かり易く説明出来る

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 ・・・地軸とは、地球自転する際の軸であり、北極点南極点とを結ぶ運動しない直線を指す。
 地球以外の惑星及び衛星についても地軸と呼ぶ。
 地球の地軸は、公転面の法線2次元ではある線に垂直なベクトル)に対して、約23.43度傾いている。
 これを黄道傾斜角と言う。
 因みに地軸の傾きが最も小さいのは水星(0度)。
 大きいのは天王星(97.86度)で、殆ど横倒しのまま自転している。
 天王星の公転周期は84年であるから、例えば、極地から観測すると約40年間昼又は夜が続く!
 
 
 
 ジャイロ効果とは、一般には物体が自転運動をすると(自転が高速な程)姿勢を乱され難くなる現象を指す。
 学術的には、フライホイールの様な自転回転する物体(この効果に関連する場合「ジャイロ」と呼ばれる)について次の性質を指す。
 1.外部からモーメントが加わっていない限り自転軸の方向を保つ性質
 2.自転の角運動量が大きい程姿勢を変え難い性質
 3.外部から自転軸を回す様にモーメントが加えられる時、加えられているモーメントの軸及び自転軸と直交する軸について振れ回り運動をする性質
 
 フライホイールは、回転する機構の動きを安定化させる働きを持つ機械要素である。
 日本語では弾み車勢車(何れも読みは「はずみぐるま」)と言う。
 フライホイールは重心に回転軸が通った慣性体で、慣性能率こと慣性モーメントの大きさは組み込まれる機械に応じて設計される。
 機械の回転速度が急速に変化しようと作用した場合、その回転系の慣性モーメントが大きい程必要なトルク力学において、ある固定された回転軸を中心に働く、回転軸の周りの力のモーメントである。一般的には「ねじりの強さ」として表される。力矩、ねじりモーメントとも言う)は大きくなる。
 僅かなトルクの変動で大きな角加速度が発生して回転速度が短時間に大きく変化する機械の場合でも、フライホイールによって回転系の慣性モーメントを増やす事で回転速度の変化を緩やかにする。
 或いはフライホイールを回転させる事で運動エネルギーを蓄えて、別の機械要素にトルクを与えるエネルギー源として利用する構成もある。
 機構の回転を安定化させる他にも機能を持たせる場合があり、形状は円盤ないし回転体を基本として、他の部品を固定して回転させる要素や歯車、手で操作する際に把持する為の要素を持つ物がある。
 例として、レコードプレーヤーのターンテーブルは安定した回転を要求され、大きな慣性モーメントを持つフライホイールとして働く様設計される。
 
 自転車オートバイ等の二輪車では走行時の安定に寄与し、ジャンプを行う際の空中での姿勢変化にも現れる。
 ヘリコプターのローターや円盤鋸、草刈り機等でもこの効果が顕著に現れる。
 転がるコインヨーヨー独楽等の挙動にも影響が見られる。
 自転車の車輪(だけを車体から外した物)や落としたコイン等は、静止していれば直ぐにバランスを失って左右どち等かに倒れるが、転がっていると常に傾いた側にコーナリングしてバランスを保ち倒れない。
 これは地面等との相互作用とジャイロ効果に寄る。
 古くは(たが)廻しと言う子供の遊びもあった。
 ※箍とは、金属や竹で出来た輪。
 等を作る際、円形に組んだ木版の外側にこれを嵌めて固定する。※
 二輪車の安定性については、ジャイロ効果の寄与(ジャイロプリセッション)もあるが、そればかりでは無くハンドルのキャスター角やフォークオフセット等も影響するステアリングに寄るものもあり、ジャイロ効果のみによるものとするのは正しく無く、特に小径車やスポーツモデルの軽量なタイヤでの低速走行時にはジャイロ効果の寄与は少ない。
 
 ホイール・アラインメントは、自動車のホイールの整列具合の事。
 サスペンションステアリングのシステムを構成するそれぞれの部品が、どの様な角度関係で自動車に取り付けられているかを示すものである。
 キャスター角・キャンバー角・キングピン傾角・トーイン&トーアウトの4つの要素から成る。
 この内、キャスター角は、車両を側面(横側)から見た時の前輪のキングピン軸(操向軸)の傾き。
 操舵輪にのみ存在する。
 尚、フォーク・オフセットとは、フレームマウント位置とフロントフォークのマウント位置の事。
 因みに「マウント」の意味は「取り付ける」。
 「オフセット」は「ホイールにおいて、リム(円環)幅の中心とハブ(轂)取り付け面の距離をmmによって表現したもの」。
 
 ステアリングに、前輪と同じ車輪をもう1個取り付け、それを正回転させながらでも、逆回転(ジャイロ効果はキャンセルされる)させながらでも、コーナリングに不具合は感じなかったと言う報告がある。
 ダートジャンプ等では空中で車体や前輪をヨー軸(鉛直軸<トランシット⦅経緯儀⦆の水平目盛盤の中心を通り盤に垂直な軸>周りの回転若しくは回転運動)方向に回そうとするとロール軸にも回転する為バイクが横倒しになる現象が見られる。
 初心者が不用意に空中姿勢を変えようとすると挙動が予測出来無い為危険がある。
 車輪の角運動量が大きくなる(即ち車速が大きく車輪が重い)程安定感が増すのは言う迄も無い事だが、車体重量が同じでもバンクさせるのに必要とする力はより大きくなる(車輪以外の車体に車輪と反対向きの角運動量を発生させる物が無いとする)。
 これを踏まえて以下・・・
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 地球ゴマとは、ジャイロ効果の原理を応用した科学玩具で、名古屋にある株式会社タイガー商会の主力製品である。
 地球ゴマが初めて作られたのは大正10年(1921年)。
 誕生から93年間今も作り続けているのが、名古屋市千種区豊年町17-15の株式会社タイガー商会
 創業者の加藤朝次郎氏は、機工舎という時計メーカーの責任者を任されていたが「人に使われるよりも自分で商売がしたい」と考え、コマ状の時計部品にヒントを得て「地球ゴマ」を完成させる、以来、今に至る迄93年間「地球ゴマ」一筋。
 因みに、タイガー商会は創業者が寅年生まれであった事に由来する。

わかっちゃいるけどスゴいよね、ジャイロスコープ(地球ゴマ)の魅力
 「地球ゴマ」の名称は、地球自転公転運動を分かり易く説明出来る事から命名された。
 地球ゴマは、円盤が高速で回転運動を行っている間は、外部からが加わらない限り回転軸の向きが常に一定不変に保たれる。
 又、回転軸に一端外力を加えると、その加えた力とは直角(垂直)の方向へ回転軸が移動する。
 独楽(こま)の原理であるこの二つの特性はジャイロ効果と呼ばれる。
 通常の独楽は、全体が回転している為、回転を止めずに本体に触る事が難しい。
 だが地球ゴマは回転する円盤部分と軸が分かれている為、軸を傾けたり、綱渡りをさせたり等が容易に出来る様になっている。
 尚、地球ゴマの、重力下で支えられている時の運動は、地球の歳差運動に良く似ている(地球ゴマは重力により軸を倒す向きに力を受けている。一方、地球の歳差運動は、地球が回転楕円体である為に軸を黄道面に垂直にしようとする向きに力を受けている為に起こる)。
 タイガー商会の地球ゴマは一般の独楽とは異なり、回転軸と円盤の周囲を保護枠で覆っている。
 全て金属製で、大きさ別に
 特大サイズNo. A(外枠径64mm、対象年齢12才以上)
 大サイズNo. B(同54mm、同9才以上)
 小サイズNo. D(同42mm、同6才以上)と3種類ある。
 
 1927年にはアメリカへ輸出、次いで東南アジアやヨーロッパへも輸出され、戦後GHQGeneral Headquarters:総司令部)統治下ではPXpost exchange:駐屯地購買部)での販売や輸出が許可される等、世界的にその名が知られる所となった。
 日本国内では1960年代から1970年代にかけてが最盛期で、露天商に寄る縁日夜店での実演、テレビCM(YouTubeで映像公開)や雑誌広告等の媒体を通じて全国へ反響が広がって行き、一躍ブレイクした。
 宇宙ゴマ、太陽ゴマ、衛星ゴマ、サーカスゴマ、地球独楽などの模造品後発品も多く出回った。
 
 ・・・宇宙ゴマって、何だか不思議なコマだなあって子供の頃から思っていた。
 普通のコマと違い、金属製なんだけど、周りにフレームっつーか枠みたいなのがついてて、通常のコマと比べ簡単に回せるし、色んな所で回せるし、一体どうやって・どうして回るのか、正に名前通り「地球ゴマ」なんで、未来の技術みたいに感じられたモノである。
 コマと比べ科学を体感出来るイメージがある宇宙ゴマ。
 実際、ジャイロについての勉強の教材にもなってるらしい。
 本来は子供のオモチャなんだけど、実は凄い科学で動いてるって代物。
 何せ「地球が23.4度傾いたまま自転しながら公転する事を、このコマで「ジャイロ効果」によって説明出来る」のだから!
 皆さん、地球が23.4度傾いてるなんて知ってました?
地球の地軸が傾いているから
四季があるんですよ!
仮に地軸が公転面に対して
垂直な状態であったら
1年を通して、同じ場所では
太陽が照らす角度が
同一と言う事になりますので
日本であれば年がら年中
春若しくは秋
と言う事になるのだ!
 そんな凄い事をこの地球ゴマでよいこのみんなに教えようぜ!

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