地球ゴマでの検証
地球ゴマでは、重心の回りに回転する場合と、普通のコマのように下端を固定した場合の両方の実験ができます。

1.ジャイロ効果について
ジャイロ効果では、加えた力と直角の方向に軸頭部が動きます。
図3.1

図には書いてありませんが、下端は右に動きます。
(重心の回りに回転した場合)

この効果を実際に試してみましょう。
地球ゴマを回転した状態で、空色の矢印方向にひねると、
軸の頭部には、緑色の線方向の力がかかります。
従って、軸の頭部は燈色の矢印方向に動きます。
(左側は画面にほぼ垂直にこちらの方向に動く。)
(右側は画面にほぼ垂直に向こう側の方向に動く。)

図3.2


2.この現象を利用した展示について
博物館などで、「回転台の上に乗って、回転している地球ごまの
ような物を持ち、その軸を上下に押すと自分自身が回転する」
展示が行われています。



図3.3

3.重心の回りに回転する場合の歳差運動


小さい地球ゴマの中身のみを取り出し、油を塗ったガラス板の上で回したら
重心の点は動かず、コマの上、下端が歳差運動をすることもあるのが分かりました。

図3.4
数字の順に見て下さい。
7は、1と殆ど同じなので、1の図の真下に置きました。

もちろん、普通の歳差運動をすることもあります。


4.普通の歳差運動について
コマの回転方向、傾け方を合わせ、下端を固定すると、図の様に歳差運動を行います。
図3.5



5.コマを吊す紐にひねりを加えた場合
コマをゴム紐で吊し、それに歳差運動を加速する方向にひねりを加えると、
歳差運動で頭部を上げて行くことができます。

ゴム紐に図のようなひねりを加えると、頭部にはみどりの矢印方向の力が働きます。
従って、頭部は直角方向の赤い矢印の方向に動きます。
反対にひねりを加えると頭部は下がっていきます。

図3.6


6.回転しているコマの頭部をランダムに動かした場合

回転している地球コマの頭部をランダムに動かしてみると、かなりの抵抗を感じます。
これと、コップに入れた水飴に箸を入れて同じようにランダムに動かした場合とを比較してみましょう。

図3.7


水飴の場合は、動かした方向に抵抗を感じ、それに対し無理をして動かす感じになります。
この際、エネルギーが消費され、それは水飴の温度上昇に寄与します。

一方、コマの場合は、かなりの抵抗を感じますが、実際に動くのは力を加えた方向と
直角の方向です。
そのため、実際に動かしてみると非常に違和感のある抵抗に感じます。

この理由は、コマでは、もしエネルギーを貰ったとしますと、回転速度を上昇する
のに使う以外無いのですが、それは力学的に不可能です。
従って、コマとしてはエネルギーを貰うことができず、
加えられた力と直角方向に動く以外に仕方がないのです。