- Разное

Безынерционная катушка и инерционная разница: Ничего не найдено по запросу Otlichie Bezynercionnyx Katushek Ot Inercionnyx %23H3_2

Содержание

Безынерционная катушка для спиннинга — Все о спиннинге

  Большинство спиннингистов сегодня отдает предпочтение безынерционной катушке. Но не все точно знают, а почему, собственно, катушка так называется — «безынерционная».  
Я и сам этого не знал до тех пор, пока не получил комментарий к этой статье (см. ниже).
Я считал, что, раз слово происходит от «без», означающего отсутствие чего-либо,  и слова «инерция» (от лат. inertia — бездействие), а не «ынерция», то и писать надо «безИнерционная». (Так у меня и было в первоначальном варианте статьи).   Однако мне указали на ошибку и, прочитав правила русского языка, я убедился, что правильное написание слова — «безЫнерционная».
 Благодарю анонимного автора комментария!
   Вообще инерция — это  способность  физического тела сохранять неизменным состояние движения или покоя без приложения внешней силы.  Кстати на многих рыболовных сайтах встречал даже неправильное написание самого слова. (Вспомните  первый закон Ньютона из школьной программы по физике: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

  Почему спиннинговая катушка так называется? Какой инерции нет у этой катушки? 

    Главное отличие  безынерционной спиннинговой катушки и её  преимущество по сравнению с инерционной катушкой – это  отсутствие вращения каких-либо частей при забросе.  Во время заброса приманки вследствие приложенной взмахом удилища  силы леска вслед за приманкой просто сбегает с неподвижной бобины. 

    Отсутствует та самая инерция покоя барабана (как у катушки инерционной), преодоление которой сильно снижает дальность заброса легких приманок. Подробнее об этих силах инерции читайте ЗДЕСЬ.

 Именно поэтому  безынерционная катушка позволяет применять очень легкие приманки или выполнять забросы против ветра без риска  создания «бороды», что нередко происходит при использовании инерционной катушки. Дальность заброса безынерционной катушкой аналогичных по весу приманок  намного превосходит дальность, достижимую с катушкой инерционной. 

   Точно так же, вследствие отсутствия силы инерции вращения барабана, при падении приманки в воду и ослаблении натяжения лески,   она мгновенно перестает сматываться с бобины, что так же предотвращает запутывание лески.  Инерционную же катушку остановить мгновенно очень трудно.  

   Безынерционные катушки

 оснащены редуктором, который позволяет за один оборот рукоятки наматывать сразу не один виток лески, а число виток в зависимости от передаточного числа катушки. Без «бешеного» вращения рукоятки можно добиться очень быстрой проводки приманки или просто высокой скорости подмотки лески. Удобная рукоятка безынерционной катушки полностью исключает возможность отбить все пальцы при вываживании даже очень крупной и сильной рыбы, что совсем не редкость при ловле с катушкой инерционной. 

 При правильной настройке тормозного устройства безынерционной катушки спиннингист  имеет возможность вываживать крупную рыбу на относительно тонкой леске. У инерционной катушки тормоз-трещотка, как правило,  нерегулируемый.

   Таким образом, появление безынерционных катушек намного облегчило жизнь спиннингисту, поэтому они и стали гораздо популярнее катушек инерционных.  

   Как подобрать нужную катушку? Этот вопрос часто возникает у начинающих спиннингистов.

Посмотрите видеоролик о том, какие бывают катушки,  чем они отличаются  друг от друга.

в чем отличия инерционной катушки от безынерционной – Profile – Virtualities Forum

Для просмотра нажмите на картинку
 
 





 
 
Читать далее
 
 
Смотреть видео
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Чем отличаются катушки инерционные от безынерционных?
Инерционная катушка или безинерционная катушка, какая лучше?
Как выбрать и пользоваться инерционными катушками?
Чем отличается инерционная катушка от безынерционной
Разница между безынерционными и инерционными катушками
Безынерционные катушки для рыбалки
Катушки инерционные и безынерционные. Как сделать правильный выбор?!

Поставушки зимой на щуку своими руками видео

Чем отличается инерционная катушка от безынерционной. В чем отличие инерционной катушки от неинерционной. Чем хороша безынерционка. Преимущество инерционки — мощность. Нахлыстовая катушка для легких приманок. Сравнение типов катушек. Преимущества неинерционных катушек перед инерционными существуют ли на самом деле? Безынерционная катушка, наверное, один из самых сложных элементов снасти, комплектуется которая из сотни различных деталей. Корпус выполнен из металла либо полимеров. Внутри корпуса устройство заставляет вращаться ротор, имеющий подвижную скобу укладывателя лесы.

Между собой катушки инерционные от безынерционных отличаются сбросом лески в процессе закидывания снасти. Обычная физика – либо леска сбрасывается с неподвижной катушки, либо катушка по инерции прокручивается в сторону натяжки лески, предоставляя возможность сброса. Вокруг этих двух видов катушек миллионы споров, которые длятся несколько десятков лет и до сих пор не утихают. Читателю предоставляется возможность самому решить, какую катушку ему необходимо приобрести, ведь на рынке инерционные и безынерционные устройства делят рынок поровну, и ни один из видов на пенсию не собирается.
Катушки занимают большую нишу в продаже рыболовной снасти. Магазины предлагают матчевые, спиннинговые, нахлыстовые, проводочные и зимние варианты. Как определить, какая именно катушка нужна и что свидетельствует о ее высоком классе? Их основное отличие в принципе действия. Во время заброса леска снимается с неподвижно стоящей шпули. При этом она слетает ровными кольцами и не нагружается никакими инерционными процессами. Вследствие этого она не путается.
Существуют следующие отличия безынерционных катушек от инерционных: Инерционные катушки появились раньше, чем безынерционные Классические инерционные катушки имеют более простую конструкцию. Но современные инерционные катушки, так называемые мультипликаторные, являются сложным, сверхточным механизмом. Инерционная катушка дешевле безынерционной. поможет вам разобраться, какими бывают спиннинговые катушки и чем они отличаются друг от друга.
Рыболовная катушка – это устройство для хранения лески на рыболовной снасти, представляет из себя небольшую катушку с ручкой для сматывания лески. С помощью рыболовной катушки, установленной на удилище, можно забрасывать оснастку с приманкой на достаточно большое расстояние (спиннинг). Катушка на удилище также облегчает вываживание крупной рыбы. Барабан катушки способен вместить, как правило, от 30 м до м лески. В отличие от инерционной, безинерционная более требовательна в плане ухода. Её нужно периодически смазывать, избегать случайных ударов и т. д.д.
Какие существуют основные отличия инерционных катушек от безынерционных? Чтобы понять, в чем заключается основная разница между этими двумя разновидностями, следует уделить внимание особенностям сброса лески при забросе. Речь идет о том, что леска (шнур) сходит с неподвижного устройства или же с вращающегося барабана. Во втором случае катушка будет крутиться по инерции в сторону натяжки. Кстати, вокруг плюсов и минусов, а также сравнений этих двух категорий постоянно ведутся многочисленные споры. На первый взгляд, классическое инерционное устройство очень похоже на бобину с леской.
Инерционные катушки возникли раньше остальных. Ось вращения барабана такой катушки расположена в плоскости, перпендикулярной оси удилища. Ручка для вращения находится на крае крышки барабана. Благодаря этому можно забросить насадку значительно дальше, чем с инерционной катушкой. Намотка лески на катушку происходит при вращении рукоятки. По скорости вращения ротора катушки делятся на скоростные, с передаточным числом (количество оборотов барабана при одном обороте барабана) от до ,2, и силовые, с числом от до ,5. К универсальным относятся катушки с передаточным числом от до ,5.
Инерционная катушка и безынерционная: отличия. Чем отличаются катушки инерционные от безынерционных? Любому начинающему рыбаку очень трудно сориентироваться на рынке снастей – огромный выбор удочек и спиннингов, всевозможных аксессуаров и лески, не говоря уже про катушки, которые имеют большой разбег в цене и характеристиках. Чтобы как-то помочь начинающим рыбакам, создана данная статья. В фокусе — катушки инерционные и безынерционные, различие между ними и рекомендации, которые непременно пригодятся перед покупкой любому новичку.
Это основная разница между инерционной и безынерционной катушками. Эти модели дешевые, простые по конструкции. Применяют их сейчас ограниченно. В основном при блеснении, ловле с борта лодки или со льда. Объем катушки от до подойдет для ультралайтовой или лайтовой ловли. Крупная рыба потребует размера – При ловле на море нужна величина от и выше. На что влияет размер катушки, кроме количества лески? Отличие в том, что в первом случае помещается больше лесы, во втором – меньше вероятность образования петель и бород. Это означает, что для новичка предпочтительнее перекрестный вариант.
Безынерционные катушки для рыбалки сегодня очень популярны и применяются во всех направлениях ужения. Они актуальны среди любителей охоты на хищника, используются в донной ловле, а также актуальны в различных вариантах поплавочной удочки. Отличие от инерционной катушки. Популярность инерционных катушек приходится на е годы прошлого столетия. Тогда каждый рыболов использовал их при охоте на хищных представителей ихтиофауны блеснами и оснастками с естественной приманкой, в доночном ужении леща и другой мирной рыбы. Инерционки отличаются следующими особенностями.

Чем отличается инерционная катушка от безынерционной

Пара слов об используемой терминологии

  • Бобина — предмет, на который нечто длинномерное и гибкое (нитка, кабель или лента) может быть намотано.
  • Катушка — как правило, бобина с защитными «щёчками», не позволяющими намотанному объекту самостоятельно сматываться в произвольном направлении.

Таким образом, известную нам с детства бесщёчную катушку для ниток, где бобиной служат сами нитки (более известную под тривиальным названием «бабушкин клубок») из рассмотрения исключаем, поскольку речь пойдёт о материях, имеющих отношение к рыболовным снастям (в первую очередь — спиннингу).

Инерционная катушка

Почему важно учитывать инерцию

Как помним, под инерцией в общем смысле понимается отношение некоего тела к своему движению: если тело покоится, то оно «противится» попыткам привести его в движение, а если движется (вращается) — то «сопротивляется» попыткам его остановить. Обычно инерция (её величина) прямо увязана с фактической массой тела.

Сделаем простой опыт: возьмём катушку ниток (желательно — бесщёчную), наденем её на хорошо закреплённую и гладкую «ось», расположенную к нам перпендикулярно (например, металлическую вязальную спицу) — и затем быстро потянем за свисающий кончик нити. В зависимости от того, как сильно раскрутилась катушка, сколько ниток (их суммарная масса!) на ней было и насколько мало трение катушки об ось — на полу окажется энное число нитяных петель уже после того, как мы отпустим нитку.

Из опыта ясно видно, что проявление инерции в катушке с леской будет в основном мешать:

  1. Во-первых, блесна должна быть максимально тяжёлой — в противном случае она просто не раскрутит катушку и плюхнется в воду где-то совсем недалеко.
  2. Во-вторых, если катушка всё же раскрутится как следует, то потом её надо будет вовремя остановить вручную — иначе она устроит великолепную «бороду» из петель лески.

Предложение по усовершенствованию очевидно: нужно сделать так, чтобы в движение приходила только малая (сматываемая) часть лески, в то время как остальная масса должна покоиться — но как это реализовать?

Повторим предыдущий опыт, но теперь разместим бесщёчную катушку на спице вдоль направления сматывания (торцом к себе) — если намотка изначально сделана правильно, то катушка даже не пошевелится, а нитка будет сматываться легко, практически без усилий. Вот это и есть основной «секрет» безынерционной катушки!

Безынерционная катушка

Интересно отметить, что этот же принцип используется далеко за пределами такого мирного времяпровождения, как рыбная ловля: например, современные противотанковые управляемые ракеты (ПТУР или, как говорили раньше, ПТУРС) с дистанционным управлением по проводам/оптоволокну имеют статичную катушку c безынерционной намоткой на самой ракете, саморазматывающуюся во время полёта.

Основные отличия безынерционных и инерционных катушек

Кратко их можно систематизировать следующим образом:

  • Исторически инерционные катушки для рыболовных снастей были изобретены раньше, поскольку их конструкция существенно проще — и первые их конструкции датируются второй половиной XIX-го века.
  • Как понятно из примеров выше, при прочих равных условиях безынерционная катушка много лучше инерционной по дальности получающегося заброса блесны/крючка, поскольку вносимое ею дополнительное тормозящее леску усилие минимально.
  • При использовании исправной безынерционной катушки практически не бывает «бороды» (спутывания лески), однако в её конструкции обычно используется специальный «намотчик», что правильно укладывает леску на бобину в процессе сматывания снасти (ровно поэтому же безынерционные катушки зачастую имеют полностью закрытую конструкцию, предотвращающую во время намотки лески попадание мусора и посторонних предметов).
  • Обычно инерционные катушки обходятся дешевле безынерционных — однако прогресс внёс и сюда некоторые коррективы, которые важно пояснить

Существуют такие подвиды рыболовных снастей, где дальность заброса может быть не столь критична, но важна общая длина лески (обычно они используются для рыбной ловли с лодки на море) — и длина эта может достигать нескольких сотен метров! И тут на сцену выходят инерционные мультипликаторные катушки, соединяющие в себе разные технологически новинки: от специальных подшипников до прецизионных редукторов, позволяющих в том числе переключать передаточное соотношение «на ходу» — что резко упрощает жизнь рыболова при забросе и вываживании рыбы.

Напоследок можно упомянуть и о существовании комбинированных катушек, которые во время заброса используются как безынерционные, а после — поворачиваются в креплении на девяносто градусов и служат уже в качестве «классических» инерционных (такие модели выпускались и были достаточно популярны в СССР).

Как выбрать спиннинговую катушку, советы по выбору и отзывы

Вид

Безынерционная – катушка, у которой при забросе с разматыванием лески барабан (шпуля) не вращается, а значит и сходит на «нет» инерция системы. Это позволяет обеспечить высокую дальность заброса, а вероятность запутывания сводится к минимуму. Фрикционный тормоз в катушке предотвращает обрыв лески. Недостатки: сложность конструкции и меньшая надежность, чем у инерционной. Хороший выбор для новичков.

  • Безынерционная с байтраннером – разновидность безынерционной катушки, оснащенная специальным устройством – байтраннером, позволяющим отключать фрикционный тормоз. Применяется при ловле крупной и сильной рыбы (карпа). Эта модель отличается высокой прочностью и надежностью, что сказывается и на ее стоимости.

Инерционная (нахлыстовая) – катушка, у которой торможение происходит за счет инерции вращающегося барабана. Достоинства: простота конструкции, высокая чувствительность снасти, сравнительно низкая цена. Недостатки: более низкая дальность заброса и большая вероятность запутывания лески. Оптимальный вариант для ловли на открытом пространстве.

  • Мультипликаторная – разновидность инерционной катушки. Достоинства: автоматическая укладка и плавное торможение лески. К тому же, мультипликаторную катушку можно оснащать дополнительными приспособлениями. Такие катушки обеспечивают большую надежность и тяговое усилие, чем безынерционные. Хороший вариант для рыбалки в сложных условиях (в частности, в море).
  • Инерционная катушка
  • Безынерционная катушка

Передаточное число

Передаточное число – соотношение между количеством оборотов барабана и рукоятки. Обозначается в виде формулы x:1, где 1 – оборот рукоятки барабана, а «x» – число оборотов барабана за один оборот рукоятки. Чем больше этот показатель, тем выше скорость наматывания лески и тем ниже мощность («тяговитость») катушки. Передаточное число зависит от типа катушки:

  • безынерционные – 6:1-7:1 («скоростные»), 4:1-4.5:1 («силовые»), универсальный вариант составляют промежуточные значения;
  • у инерционных катушек передаточное число составляет 1:1, поэтому для них этот параметр не указывается;
  • мультипликаторные имеют низкие передаточные числа (от 3:1).

Катушки с высокими передаточными числами обеспечивают хорошую скорость вываживания (вытаскивания рыбы), а катушки с низкими – большое усилие.

Фрикцион

Фрикционный тормоз ослабляет катушку при критической нагрузке и таким образом предотвращает разрыв лески.

Существует в нескольких разновидностях.

  • Передний фрикцион – встречается в относительно простых и лёгких катушках с плавной и точной регулировкой. Вместе с тем, регулировка не такая удобная, как в заднем фрикционе. Особенно это актуально, если фрикцион настраивают в процессе вываживания. Применяется только в безынерционных моделях.
  • Задний фрикцион – обеспечивает удобную регулировку – ее можно производить в процессе вываживания добычи. Такое расположение фрикциона увеличивает вес катушки и точность подстройки. Используется только в безынерционных моделях.
  • Боковой фрикцион – встречается в мультипликаторных и нахлыстовых катушках.

Емкость шпули

Емкость шпули – подразумевается рекомендованная леска. Этот параметр указывает на количество лески, которое помещается в основной шпуле катушки при нормальной намотке. Обозначается двумя цифрами: первая – длина лески в метрах, вторая – толщина лески в миллиметрах. Например, цифры 200/0.45 означают, что на катушку помещается до 200 м лески толщиной 0.45 мм.

Важно: емкость шпули указывается для гладкой лески. Если использовать плетеный шнур, то эти показатели будут другими.

Размер шпули

От этого параметра зависит емкость шпули. Крупные барабаны более устойчивы к высоким нагрузкам, чем маленькие. Размер шпули обозначается цифрой. Шпули размером до 2500 применяются в легких удилищах, барабаны размером 2500-3000 используются в снастях универсального класса, а более крупные предназначены для сильной и тяжелой рыбы.

Материал шпули

Пластик – имеет невысокую цену и малый вес, но недостаточно прочен. Поэтому он не применяется в «мощных» катушках. При использовании плетеного шнура, пластиковые шпули быстро изнашиваются, и снижается дальность заброса. Такие шпули встречаются в недорогих катушках.

Графит – более прочен и устойчив к УФ-лучам, чем пластик. Вместе с тем по надежности он уступает аналогам из металла. Как и пластик, графит плохо совместим с плетеными шнурами.

Алюминий – отличается высокой прочностью, низким весом и полной совместимостью, как с лесками, так и с плетеными шнурами. Алюминиевые шпули стоят дороже, чем пластиковые и графитовые, но, несмотря на это, широко распространены.

Дюралюминий – более прочный материал, чем алюминий. Вместе с тем, он недостаточно устойчив к коррозии и имеет немалую цену.

Магний – при малом весе по прочности превосходит алюминий, но стоит дороже. Вместе с тем магний подвержен коррозии. Поэтому магниевые катушки непригодны для рыбалки в море.

Материал основы катушки

Материал, из которого изготовлена часть конструкции, служащая основой для катушки. На эту основу устанавливается шпуля и другие механизмы. Основа катушки изготавливается из пластика, графита, алюминия, магния. Кроме этих материалов встречаются и следующие.

Карбон – по ряду характеристик превосходит графит: устойчив на изгиб и имеет продолжительный срок службы. К тому же, он не подвержен коррозии и хорошо переносит воздействие УФ-лучей и перепады температур. Недостатки: высокая цена и хрупкость (плохо переносит удары). Чаще всего используется в катушках элитного класса.

Композит (углепластик+стеклопластик) – сочетает в себе достоинства двух материалов. Стеклопластик отличается высокой гибкостью и устойчивостью к механическим повреждениям, чего не хватает графиту и карбону.

Количество подшипников

От этого параметра зависит плавность и устойчивость хода катушки, а также ее цена и вес. Количество подшипников в различных моделях колеблется от 0 до 15. В большинстве случаев их количество от 3 до 7. Следует отметить, что число подшипников зависит и от типа катушки. Например, в элитных мультипликаторных моделях имеется не более 6-7 подшипников и столько же – в безынерционных катушках среднего класса.

Чем больше подшипников в катушке, тем дольше она служит и дороже стоит.

Вес

Этот показатель означает вес пустой катушки без лески. Он зависит от конструкции и материала катушки. Вес варьируется в пределах от 150 до 800 г. Легкие катушки отличаются высокой чувствительностью, а тяжелые – мощностью и надежностью.

Антиреверс (стопор обратного хода) – мгновенно блокирует обратное вращение ротора и рукоятки; используется в безынерционной катушке. Повышает чувствительность снасти и позволяет сделать мгновенную успешную подсечку.

Советы

  • Следует хранить катушку в сухом состоянии.
  • Необходимо один раз в год открывать корпус и смазывать механизм катушки.
  • Избегайте попадания песка на вращающиеся части катушки.

Безынерционные катушки

Обзор безынерционных катушек

Безынерционные катушки используются в различных видах рыбной ловли. Рыболовы устанавливают их на спиннинги, донки, поплавочные, бортовые и фидерные удилища. Катушки выпускают азиатские, европейские и американские производители. Механизмы катушек  надежны, при хорошем уходе и регулярном техническом обслуживании служат несколько сезонов.   


Принцип действия катушек

В отличие от классической инерционной или мультипликаторной катушки у безынерционной шпуля неподвижна при забросе. Шпуля расположена перпендикулярно оси удилища, во время заброса леска свободно сходит через ее бортик. После схода части лески со шпули, рыболов закрывает дужку лесоукладывателя и начинает вращать ручку катушки. Вращательный момент от ручки через валы и шестерни механизма передается на лесоукладыватель. Лесоукладыватель роликом захватывает леску и наматывает ее на катушку. Во время намотки механизм катушки приподнимает и опускает шпулю, обеспечивая равномерное заполнение ее леской.  

Классификация катушек

Промышленность выпускает варианты безынерционных катушек для поплавочной, спиннинговой, фидерной ловли рыбы. Катушки отличаются объемом шпули, мощностью и передаточным числом механизма. По мощности катушки делятся на легкие (500 – 2000), средние (3000 – 4000) и тяжелые (5000 – 12000). Чем выше номер, тем больше объем шпули, толще применяемая леска, массивнее шестерни механизма. Как правило, номер катушки выгравирован на шпуле.  

Безынерционные катушки выпускаются в Европе, Америке в Азии. Ведущими производителями считаются фирмы:

• Shimano.

• Daiwa.

• Salmo.

• Ryobi.

• Mikado.

• Tsurinoya.


Устройство безынерционной катушки

Конструктивно катушка состоит из следующих элементов:

• Корпус с лапкой для крепления к удилищу изготавливают из алюминиевых и магниевых сплавов или из легких карбоновых или графитовых композитных материалов. Для придания катушке максимальной жесткости форму корпуса и внутренних перегородок рассчитывают на компьютере. Внутри корпуса на подшипниках установлены валы и шестерни механизма.

• Валы и шестерни механизма в дорогих моделях катушек изготавливают из твердой бронзы и легированной стали, в дешевых из силумина с бронзовым напылением. Передавая вращающий момент от ручки к ролику лесоукладывателя шестеренчатый механизм катушки увеличивает количество оборотов. В предназначенных для ловли и вываживания сильной крупной рыбы мощных силовых катушках передаточное число составляет от 3.2 до 4.3 к 1, в универсальных от 4.5 до 6.1 к 1, в скоростных (для джиговой или матчевой ловли) от 6.1 до 7.2 к 1. Чем выше передаточное число, тем больше лески наматывается на шпульку за один оборот ручки катушки.

• Шпули катушки изготавливают из алюминия или пластика. Чтобы плетеный шнур не проскальзывал при наматывании на шпулю на дорогих катушках поверхность для намотки прорезинена. Производители на наружной поверхности шпули пишут, на какой объем лески какого диаметра она рассчитана.

• Лесоукладыватель при вращении захватывает роликом леску и наматывает ее на шпулю. Леска наматывается по спирали, первым оборотом лесоукладывателя по диагонали в одну сторону, следующим крест на крест в другую сторону поверх первого. В зависимости от профиля установленной на катушке шпули леска может наматываться равномерно или с прямым, или обратным конусом. При прямой укладке леска летит среднее расстояние, самопроизвольные сборы лески редкие. Укладка прямым конусом повышает дальность заброса и вероятность самопроизвольного сбрасывания лески. Укладка обратным конусом дает наименьший заброс, но полностью исключает самопроизвольный сброс лески.

• Фрикционный тормоз защищает катушку от поломок. При сильном натяжении лески шпуля поворачивается на оси, спуская леску. Механизм фрикционного тормоза устанавливается производителями спереди или сзади катушки. Обе конструкции одинаково предохраняют катушку от рывков и поломок механизма. При переднем положении тормоза ручка его регулировки находится на шпуле, при заднем натяжение проводят расположенным на корпусе регулятором.

• Стопор обратного хода находится сзади катушки. При его включении лесоукладыватель может крутиться только в направлении намотки лески. При его отключении при опущенной дуге лесоукладывателя ручка крутится в обе стороны, леска свободно сходит со шпули.

• Ручка катушки изготавливается из алюминия или жесткого пластика. Для уменьшения габаритов катушки в транспортировочном положении с помощью кнопки или шарнира ручка складывается на 90°. Для удобства работы с катушкой ручку можно установить на левую или правую сторону. Для этого необходимо открутить гайку и вытащить вал ручки. На большинстве катушек ручка имеет одну рукоятку, некоторые скоростные аппараты для лучшей балансировки оснащаются ручками с двумя рукоятками.


Как выбрать безынерционную катушку

Перед приобретением катушки рыболов должен решить, в каком водоеме он будет ловить рыбу, на спиннинг с каким тестом будет ее устанавливать, какие приманки использовать, будет ли катушка использоваться только для спиннинговой ловли. После этого выбирается необходимая мощность катушки и размер шпули.

При выборе катушек обращают внимание на следующее:

• Мощность катушки должна соответствовать тесту спиннинга. На практически невесомые ультралайтовые и лайтовые удилища устанавливают катушки размером 800 – 2000, на средние – 2000 – 3000. Катушки большей мощности покупают для троллинговой или морской рыбалки.

• Во время рыбалки рыболов постоянно держит спиннинг в руках Чем легче катушка, тем меньше устают руки. При одинаковой цене стоит приобрести катушку меньшего веса.

• Ролик катушки должен иметь покрытие из твердых материалов (сталь, бронза, латунь). Для предотвращения истирания он должен хорошо крутиться на подшипнике.

• Скоба лесоукладывателя должна надежно фиксироваться в открытом положении при забросе приманки.

• При покупке недорогой катушки края ее шпули проверяют на гладкость. Чтобы шнур или леска легко и быстро сходили при забросе приманки края бортика должны быть закруглены, на них не должно быть заусенцев.

• При вращении ручки катушки механизм не должен скрипеть или хрустеть. Вращение должно быть плавным, без заеданий.

• Вал ручки катушки не должен люфтить при вращении рукоятки. Ручка должна легко складываться в транспортное положение.

• Шпуля должна крепко фиксироваться на валу, не допускается люфт вала перпендикулярно оси шпули.

• Оптимальным считается если внутри катушки установлено 5 – 7 подшипников. Меньшее количество говорит о низком моторесурсе механизма, большее ставится в дорогие элитные модели катушек или в азиатские с излишне сложным устройством механизма.

• Входящая в комплект сменная шпуля придает катушке универсальность. На вторую шпулю можно намотать шнур или леску другого диаметра и использовать катушку для донной или поплавочной ловли рыбы. Крупные фирмы выпускают и продают для своих катушек дополнительные шпули.


Эксплуатация и уход 

Катушка – сложное техническое изделие, которому для длительной беспроблемной эксплуатации требуется регулярное техническое обслуживание.

После того, как катушка будет куплена и принесена домой необходимо сделать следующее:

• На шпулю катушки наматывают небольшой отрезок лески. Во время этого процесса оценивают качество намотки лески на шпулю, плавность работы механизма, отсутствие заеданий шестерен. Потянув за свободный конец лески оценивают работу фрикционного механизма, регулируют его натяжение. При обнаружении дефектов катушку возвращают продавцу. После оценки работы леску убирают со шпули.

• Осматривают бортик шпули, при необходимости край его шлифуют мелкой шкуркой и полируют пастой ГОИ.  

• Выбранную для рыбалки леску или плетеный шнур наматывают на шпулю катушки. Леска должна заполнять шпулю полностью, не доходя до бортиков 1-2 мм. Если выбранной лески не хватает, поверх нее наматывают более толстую или просто старую леску до нужной высоты намотки. После этого леску со шпули перематывают два раза на другие катушки, в третий раз обратно наматывают на шпулю. В результате манипуляций старая леска окажется внизу намотки, а новая – сверху.

• Безынерционная катушка – сложный и хрупкий механизм. Во время перевозки и хранения катушки лучше хранить в пластиковом чехле или боксе.

Чтобы катушка не отказала на рыбалке делают следующее:

• Чтобы избежать нервотрепки на рыбалке из-за внезапно отказавшей снасти желательно иметь с собой запасную катушку аналогичной мощности. Оптимально, если на запасную катушку можно будет переставлять шпули от основной.

• Приехав на место рыбалки перед началом ловли катушку проверяют, делая несколько оборотов ручки. Если из механизма слышен хруст или повизгивание подшипников, эту катушку лучше не использовать на рыбалке.

• При случайном попадании катушки в воду ее необходимо протереть сухой мягкой тряпкой, после этого покрутить ручку. При отсутствии посторонних звуков рыбалку продолжают. Если катушка пролежала в воде некоторое время, ее снимают с удилища, везут на просушку и техническое обслуживание домой.

• При попадании катушки в песок ее протирают чистой тряпкой, убирают грязь с корпуса. Снимают шпулю, убирают песок вокруг ротора, закладывают небольшое количество смазки. После установки шпули на место и регулировки фрикционного механизма рыбалку можно продолжать.

• После окончания рыбалки катушку протирают от капелек воды, грязи и рыбьей слизи и убирают в транспортировочный чехол.

После окончания рыболовного сезона катушку проверяют, слушают как работает механизм, добавляют смазку в ролик лесоукладывателя и на вал ротора. При необходимости катушку отправляют на техническое обслуживание в специализированную мастерскую.


различия инерционных и безынерционных катушек – Чем отличается инерционная катушка от безынерционной – Profile – Community

различия инерционных и безынерционных катушек

 
Для просмотра нажмите на картинку
 
 





 
 
Читать далее
 
 
Смотреть видео
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
различия инерционных и безынерционных катушек

Чем отличаются катушки инерционные от безынерционных?
Инерционная катушка или безинерционная катушка, какая лучше?
Безынерционные катушки для рыбалки
Как выбрать и пользоваться инерционными катушками?
Чем отличается инерционная катушка от безынерционной
Разница между безынерционными и инерционными катушками
Катушки инерционные и безынерционные. Как сделать правильный выбор?!

Равновесие будет неустойчивым. Чтобы якорь крепче располагался на дне, можно в его шток залить расплавленный свинец. Затем осуществляется процесс поимки. В центре пластинки шилом пробивается отверстие для лески.
В водах обитает сазан, плотва, щука, карась, сом, налим и лещ. Жесткий хаотичный твичинг похож на предыдущий способ, однако отличается тем, что цикл рывков и пауз каждый раз разные, отличаясь от предыдущих рывков. Форштевень типичный для парусных судов клиперского типа. Оно позволяет втыкать мотовило в землю возле водоема, что дает возможность удерживать снасть на одном месте и не искать способов ее закрепления. Держать лучше поодиночке, так как между крупными особями могут возникать стычки.
Устал бегать по десть километров в течении дня до лунок, и потом обратно столько же. Но помните про запрет, ловить можно только на поплавочную снасть. Надо, дескать, у этого доверенного и спросить, только он в отлучке по хозяйским делам. В магазинных кольцах припаяно специальное ухо с отверстием под крепление поводка. Это тонкий надувной пол с противоскользящим покрытием.
Прошив кожи швейной машиной. Сборка отличается повышенным качеством в отличие от предыдущего варианта с применением деталей из нержавейки. Его внешний вид порадует каждого ценителя рыбок, карп станет прекрасным питомцем, живущим в открытом пруду. Традиционно рыболовы- любители и не могут отличить густеру от подлещика.
В фокусе — катушки инерционные и безынерционные, различие между ними и рекомендации, которые непременно пригодятся перед покупкой любому новичку. Между собой катушки инерционные от безынерционных отличаются сбросом лески в процессе закидывания снасти. Обычная физика – либо леска сбрасывается с неподвижной катушки, либо катушка по инерции прокручивается в сторону натяжки лески, предоставляя возможность сброса. Вокруг этих двух видов катушек миллионы споров, которые длятся несколько десятков лет и до сих пор не утихают.
Чем отличается инерционная катушка от безынерционной. В чем отличие инерционной катушки от неинерционной. Чем хороша безынерционка. Преимущество инерционки — мощность. Нахлыстовая катушка для легких приманок. Сравнение типов катушек. Например, между катушками для спиннинга и поплавочной удочки есть существенные различия. В спиннинговании через лесу и удильник катушка контролирует приманку, поэтому при выборе в первую очередь смотрят на ее чувствительность. При лове поплавком контролируют всю оснастку, и первостепенная роль здесь отводится удилищу. Рассматривая, какая катушка лучше инерционная или безынерционная, смотрят на скорость подмотки лесы.
Катушки занимают большую нишу в продаже рыболовной снасти. Магазины предлагают матчевые, спиннинговые, нахлыстовые, проводочные и зимние варианты. Как определить, какая именно катушка нужна и что свидетельствует о ее высоком классе?
Существуют следующие отличия безынерционных катушек от инерционных: Инерционные катушки появились раньше, чем безынерционные Классические инерционные катушки имеют более простую конструкцию. Но современные инерционные катушки, так называемые мультипликаторные, являются сложным, сверхточным механизмом. Инерционная катушка дешевле безынерционной. Рыбная ловля на спиннинг – занятие увлекательное. Заброс, подматывание, подсекание, вываживание, и снова заброс… Конечно, для такой активной рыбалки необходимо позаботиться о соответствующих снастях. Спиннингист должен чувствовать натяжение лески, поклевку, сопротивление рыбы.
Название «инерционная» эта катушка получила потому, что барабан вращается за счет инерции. Также данная катушка более дешевая по сравнению с безинерционной. Более неприхотливая, выдерживает удары, хорошо работает с толстой и плетеной леской, попадание листвы, веточек и прочего мусора на работе этих катушек практически не сказывается. При работе с этой катушкой прекрасно чувствуется работа и движения приманки. Как и у всего хорошего, у данной катушки есть и существенные минусы, при забросах, например спиннингом, требуется сноровка и привычка. В противном случае.
Как правильно выбрать рыболовную катушку для спиннинга.
Что такое безынерционная катушка для рыбалки. Советы по выбору, разновидности, чем отличается от инерционных катушек. Безынерционные катушки для рыбалки сегодня очень популярны и применяются во всех направлениях ужения. Они актуальны среди любителей охоты на хищника, используются в донной ловле, а также актуальны в различных вариантах поплавочной удочки.
Мультипликаторные катушки представляют из себя некоторый симбиоз двух предыдущих моделей. Ось вращения барабана расположена как и у инерционных катушек, в плоскости перпендикулярной оси удилища. Барабан также вращается при забросе, однако не обладает особой инертной массой, так как представляет более-менее толстую ось. От безинерционной катушки был унаследован передаточный механизм, увеличивающий число оборотов барабана при обороте ручки с передаточным числом от до ,2.
Какие существуют основные отличия инерционных катушек от безынерционных? В само название инерционной рыболовной катушки для спиннинга и других типов удилищ уже заложен ее принцип работы. Это значит, что выход лески из барабана является результатом воздействия приданной инерции в процессе заброса груза, блесны и прочих приманок. Анализируя особенности и эксплуатационные качества данного распространенного инструмента для рыбалки, стоит выделить следующие явные преимущества.
Инерционные катушки применяют при проводной рыбалке, ловле нахлыстом в летней и зимней рыбалке. Катушка имеет в основе металлический или пластиковый барабан, который вращается, когда забрасываешь удочку, и тормозную систему на корпусе вала. На такой катушке помещается много лески любого диаметра. С инерционной катушкой рыболов хорошо чувствует приманку и может вовремя подсечь рыбу. Стоят катушки недорого. Безынерционные катушки немного перекручивают леску при забрасывании, что приводит к износу лески. Чтобы катушка долго сохраняла функциональность, за ней нужно ухаживать — обязательны одна-две плановые чистки и осмотра в сезон. Безынерционные рыболовные катушки.

Хотелось мне конечно ради приключений с ним, но я даже ни разу не попросился. Предупредительные объяснительные диктанты. Ноябрьские холода загоняют мирную рыбу на дно глубоких ям, а щука отправляется вслед за ней.
Шушеры я не встречал, там много охранников на рынке, которые это дело контролируют. После переворота остается только догнать снасть и выполнить подсечку. Кружка с ручкой в форме кастета.
При ловле с металлическим поводком при слабом клеве щука часто бросает живца, почувствовав подвох. Цвет тела серовато- бурый или красновато- бурый, с более или менее явственными темными пятнами, у хвоста треугольное черноватое пятно. Когда рыба подойдет на прикормку, поклевки будут следовать одна за другой.
Сформировываешь котлеты обваливаешь их в муке или панировочных сухаря, если этого нет то можно смачивать руки водой чтобы фарш не прилипал к рукам. Я довольно длительный период времени прожил в промысловом районе, где рыбалка была только на сети. Там разные способы приготовления, каждый найдет максимально подходящий для себя вариант. Если вы решили пойти на окуня, то клевать он будет при высоком уровне атмосферного давления.
С берега можно использовать спиннинг с фидером. Очень актуально в спорте, а вот на рыбалке. Слегка закруглите шкуркой верхние углы пазов.

инерционная катушка отличия от инерционной – Profile – Western Solutions – IELTS Training in Kochi

Для просмотра нажмите на картинку
 
 





 
 
Читать далее
 
 
Смотреть видео
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Старые добрые инерционные катушки
Чем отличаются безынерционные катушки от инерционных катушек?
Чем отличаются катушки инерционные от безынерционных?
Инерционная катушка или безинерционная катушка, какая лучше?
Как выбрать катушку для спиннинга? (+видео)
Чем отличается инерционная катушка от безынерционной
Как правильно выбрать рыболовную катушку?
Как выбрать и пользоваться инерционными катушками?
Разница между безынерционными и инерционными катушками

Отдых с рыбалкой и проживанием на волге тверская область

Между собой катушки инерционные от безынерционных отличаются сбросом лески в процессе закидывания снасти. Обычная физика – либо леска сбрасывается с неподвижной катушки, либо катушка по инерции прокручивается в сторону натяжки лески, предоставляя возможность сброса. Вокруг этих двух видов катушек миллионы споров, которые длятся несколько десятков лет и до сих пор не утихают. Читателю предоставляется возможность самому решить, какую катушку ему необходимо приобрести, ведь на рынке инерционные и безынерционные устройства делят рынок поровну, и ни один из видов на пенсию не собирается.
Инерционные катушки возникли раньше остальных. Ось вращения барабана такой катушки расположена в плоскости, перпендикулярной оси удилища. Ручка для вращения находится на крае крышки барабана. Благодаря этому можно забросить насадку значительно дальше, чем с инерционной катушкой. Намотка лески на катушку происходит при вращении рукоятки. По скорости вращения ротора катушки делятся на скоростные, с передаточным числом (количество оборотов барабана при одном обороте барабана) от до ,2, и силовые, с числом от до ,5. К универсальным относятся катушки с передаточным числом от до ,5.
Чем отличается инерционная катушка от безынерционной. В чем отличие инерционной катушки от неинерционной. Чем хороша безынерционка. Преимущество инерционки — мощность. Нахлыстовая катушка для легких приманок. Сравнение типов катушек. Преимущества неинерционных катушек перед инерционными существуют ли на самом деле? Однозначно на этот вопрос не ответить, свои преимущества и недостатки каждая из них способна показать в определенном виде лова. Там, где нужна силовая борьба, лучше инерционок нет, если упор делается на скорость, здесь уже незаменима мясорубка.
Основные виды катушек. Самый востребованный вид — спиннинговые катушки. Как правило, они применяются при различных видах ловли рыбы, обусловлено это тем, что они обладают универсальными характеристиками. Представляют собой корпус с осью, зафиксированной посередине. На оси крепится барабан, как правило, он оснащен одной или двумя ручками. Их основное отличие в принципе действия. Во время заброса леска снимается с неподвижно стоящей шпули. При этом она слетает ровными кольцами и не нагружается никакими инерционными процессами.
Существуют следующие отличия безынерционных катушек от инерционных: Инерционные катушки появились раньше, чем безынерционные Классические инерционные катушки имеют более простую конструкцию. Но современные инерционные катушки, так называемые мультипликаторные, являются сложным, сверхточным механизмом. Инерционная катушка дешевле безынерционной. Рыбная ловля на спиннинг – занятие увлекательное. Заброс, подматывание, подсекание, вываживание, и снова заброс… Конечно, для такой активной рыбалки необходимо позаботиться о соответствующих снастях. Спиннингист должен чувствовать натяжение лески, поклевку, сопротивление рыбы.
Виды рыболовных катушек. Инерционные катушки отличаются, прежде всего, своей демократичной ценой. Инерционная катушка, установленная на поплавочную или зимнюю удочку, в основном предназначена для хранения лески и ее удлинения на удилище. При ловле спиннингом с лодки или берега, заросшего кустарниками и травой, обычно используют инерционные катушки больших размеров (от 10 до 15 см). В таком случае спиннинг используется в качестве донки (закидушки). Кроме того, он позволяет быстрее менять шпулю, в отличие от переднего, которому требуется для этого определенное время. Система дальнего заброса (англ.
Название «инерционная» эта катушка получила потому, что барабан вращается за счет инерции. Также данная катушка более дешевая по сравнению с безинерционной. В отличие от инерционной, безинерционная более требовательна в плане ухода. Её нужно периодически смазывать, избегать случайных ударов и т. д.д. В качестве итога: если на рыбалке планируется делать частые забросы, сматывание и разматывание лески, и нет опыта с работой инерционной катушки, то предпочтительнее выбрать безинерционнку.
Инерционная катушка в классическом понимании – несомненно, механизм куда более простой. Конечно, она зависит от качества материалов и нюансов конструкции, но, как правило, инерционные катушки стоят на порядок ниже безынерционных. А из правил, как известно, есть исключения. Инерционные катушки появились раньше, чем безынерционные. Классические инерционные катушки имеют более простую конструкцию. Но современные инерционные катушки, так называемые мультипликаторные, являются сложным, сверхточным механизмом. Инерционная катушка дешевле безынерционной. Безынерционная катушка превосходит инерционную по дальности заброса.
Как правильно выбрать рыболовную катушку для спиннинга.
Если рассматривать инерционная катушка и безынерционная отличия, то вторая способна обеспечить для рядового рыболова большую дальнобойность, при этом риск образования бороды будет незначительным. Однако профессионал способен метнуть приманку с мультипликатором ничуть не хуже, о чем мы писали в статье «Заброс инерционной катушкой на максимальные дистанции». Рассмотрим вкратце отличие катушки инерционной от мясорубки  Инерционная катушка – в название уже включен принцип работы этого рыболовного инструмента. Под действием приложенной силы, путем заброса груза (блесны или другого варианта приманки), леска из барабана выходит под действием приданной инерции.
Передаточное число 1 к 1 — никаких механизмов нет, рукоятка прямо на борту катушки. Из-за таких трудностей, для спиннинговой ловли они применялись лишь от большой нужды и отсутствия альтернатив. Первое важное отличие — катушка находится не под, а над удилищем, и в забросе принимает участие только одна рука. С одной стороны это удобно, манипуляций с дужкой лесоукладывателя нет, а процесс ловли ускоряется.
Какие существуют основные отличия инерционных катушек от безынерционных? Инерционный барабан, диаметр которого выбирают с учетом типа удилища, дальности заброса и размеров потенциального улова. Крупногабаритные модели будут актуальны для ловли сомов и карпов, но при этом окажутся неэффективными для активной ловли. Ось барабана, которая может быть оснащена конусами или же подшипниками. Второй вариант отличается повышенной надежностью и долговечностью. Стопор, представляющий собой механизм с трещоткой, блокирующей обратный ход конструкции.
Что собой представляют инерционные катушки. Термин «инерционная» определяется конструкцией катушки. Ее барабан (шпуля) располагается параллельно движению лески в момент подмотки или заброса. Из этого следует, что забрасываемая оснастка преодолевает инерцию вращения барабана. Утверждение, что чем проще, тем надежнее, в полной мере подходит именно к инерционной катушке лучше всего. Классические выпускаются с разными размерами барабана и конструкцией ходовой части. Особых отличий между ними нет и принцип действия одинаковый. Они целиком изготовлены из металла, легких сплавов, могут иметь антикоррозийное покрытие.
Просто есть ведь еще снасть кастинговая (с мультипликатором), которую у нас тоже часто называют «спиннингом». Другими словами, ниже речь пойдет только о безынерционных спиннинговых катушках. Мультипликаторы рассмотрим в другой раз. Когда перед рыболовом встает вопрос выбора безынерционной катушки, он должен принять для себя решение по нескольким пунктам, а именно: размер, вес, лесоемкость, передаточное число, расположение фрикционного тормоза, наличие или отсутствие дополнительной шпули, принадлежность к той или.
Почему важно учитывать инерцию. Как помним, под инерцией в общем смысле понимается отношение некоего тела к своему движению: если тело покоится, то оно «противится» попыткам привести его в движение, а если движется (вращается) — то «сопротивляется» попыткам его остановить. Обычно инерция (её величина) прямо увязана с фактической массой тела. Сделаем простой опыт: возьмём катушку ниток (желательно — бесщёчную), наденем её на хорошо закреплённую и гладкую «ось», расположенную к нам перпендикулярно (например, металлическую вязальную спицу) — и затем быстро потянем за свисающи.

Вращающееся магнитное поле — обзор

6.6.2 Самовозбуждающийся индукционный генератор

В предыдущих разделах мы подчеркивали, что вращающееся магнитное поле или возбуждение обеспечивается током намагничивания, получаемым от источника питания, поэтому казалось бы очевидным, что двигатель не мог генерировать, если не был предоставлен источник для обеспечения тока намагничивания. Однако можно заставить машину «самовозбуждаться», если условия подходящие, и, учитывая надежность двигателя с кожухом, это может сделать его привлекательным предложением, особенно для небольших изолированных установок.

В главе 5 мы видели, что когда асинхронный двигатель работает с нормальной скоростью, вращающееся магнитное поле, которое создает токи и крутящий момент на роторе, также индуцирует сбалансированные трехфазные наведенные ЭДС в обмотках статора, величина ЭДС ненамного меньше напряжения электросети. Итак, чтобы действовать как независимый генератор, мы хотим создать вращающееся магнитное поле без необходимости подключения к активному источнику напряжения.

Мы обсуждали аналогичный вопрос в главе 3 в связи с самовозбуждением шунта d.c. машина. Мы видели, что если после выключения машины в полюсах поля остается достаточно остаточного магнитного потока, то э.д.с. возникающий при вращении вала, мог начать подавать ток на обмотку возбуждения, тем самым увеличивая магнитный поток, дополнительно повышая ЭДС. и инициирование процесса положительной обратной связи (или начальной загрузки), который в конечном итоге стабилизировался характеристикой насыщения железа в магнитной цепи.

К счастью, то же самое может быть достигнуто с помощью изолированного асинхронного двигателя.Мы стремимся извлечь выгоду из остаточного магнетизма в железе ротора и, поворачивая ротор, генерировать начальное напряжение в статоре, чтобы запустить процесс. Э.д.с. индуцированный должен затем управлять током, чтобы усилить остаточное поле и способствовать положительной обратной связи для создания бегущего поля магнитного потока. В отличие от постоянного тока Однако асинхронный двигатель имеет только одну обмотку, которая обеспечивает функции возбуждения и преобразования энергии, поэтому, учитывая, что мы хотим довести напряжение на клеммах до его номинального уровня, прежде чем подключать любую электрическую нагрузку, которую мы планируем подавать, очевидно, что необходимо обеспечить замкнутый путь для потенциального тока возбуждения.Этот путь должен способствовать нарастанию тока намагничивания и, следовательно, напряжения на клеммах.

«Возбуждение» тока означает обеспечение пути с очень низким импедансом, так что небольшое напряжение вызывает большой ток, и поскольку мы имеем дело с переменным током. величин, мы, естественно, стремимся использовать явление резонанса, размещая набор конденсаторов параллельно (индуктивным) обмоткам машины, как показано на рис. 6.17.

Рис. 6.17. Самовозбуждающийся индукционный генератор. Нагрузка подключается только после того, как на статоре нарастает напряжение.

Реактивное сопротивление параллельной цепи, состоящей из чистой индуктивности ( L ) и емкости ( C ) на угловой частоте ω, определяется как X = ωL − 1ωC, поэтому на низких и высоких частотах реактивное сопротивление очень велико, но на так называемой резонансной частоте (ω0 = 1LC) реактивное сопротивление становится равным нулю. Здесь индуктивность — это индуктивность намагничивания каждой фазы асинхронной машины, а C — добавленная емкость, значение выбирается так, чтобы обеспечить резонанс на желаемой частоте генерации.Конечно, схема не идеальна из-за сопротивления в обмотках, но, тем не менее, индуктивное реактивное сопротивление можно «отрегулировать» путем выбора емкости, оставляя контур циркуляции с очень низким сопротивлением. Следовательно, вращая ротор со скоростью, при которой желаемая частота создается остаточным магнетизмом (например, 1800 об / мин для 4-полюсного двигателя, генерирующего 60 Гц), начальная умеренная ЭДС. производит непропорционально высокий ток, и поток увеличивается до тех пор, пока не будет ограничен нелинейной характеристикой насыщения железной магнитной цепи.Затем мы получаем сбалансированные трехфазные напряжения на клеммах, и нагрузка может быть приложена путем включения переключателя S (рис. 6.17).

Приведенное выше описание дает только общую схему механизма самовозбуждения. Такая схема будет удовлетворительной только для очень ограниченного диапазона приводимых скоростей и нагрузок, и на практике требуются дополнительные функции управления для изменения эффективной емкости (обычно с использованием управления симистором), чтобы поддерживать постоянным напряжение при нагрузке и / или скорость варьируется в широких пределах.

Индуцированная ЭДС и магнитный поток — College Physics

Цели обучения

  • Рассчитайте поток однородного магнитного поля через петлю произвольной ориентации.
  • Опишите методы создания электродвижущей силы (ЭДС) с помощью магнитного поля или магнита и проволочной петли.

Аппарат, использованный Фарадеем для демонстрации того, что магнитные поля могут создавать токи, показан на (Рисунок). Когда переключатель замкнут, в катушке в верхней части железного кольца создается магнитное поле, которое передается катушке в нижней части кольца.Гальванометр используется для обнаружения любого тока, наведенного в катушке внизу. Было обнаружено, что каждый раз, когда переключатель замыкается, гальванометр обнаруживает ток в одном направлении в катушке внизу. (Вы также можете наблюдать это в физической лаборатории.) Каждый раз, когда переключатель открывается, гальванометр обнаруживает ток в противоположном направлении. Интересно, что если переключатель остается замкнутым или разомкнутым в течение некоторого времени, через гальванометр нет тока. Замыкание и размыкание переключателя индуцирует ток.Это изменение магнитного поля, которое создает ток. Более основным, чем текущий ток, является ЭДС , которая его вызывает. Ток является результатом ЭДС , индуцированной изменяющимся магнитным полем , независимо от того, есть ли путь для протекания тока.

Аппарат Фарадея для демонстрации того, что магнитное поле может производить ток. Изменение поля, создаваемого верхней катушкой, вызывает ЭДС и, следовательно, ток в нижней катушке. Когда переключатель разомкнут и замкнут, гальванометр регистрирует токи в противоположных направлениях.Когда переключатель остается замкнутым или разомкнутым, через гальванометр не течет ток.

Эксперимент, который легко проводится и часто проводится в физических лабораториях, проиллюстрирован на (Рисунок). ЭДС индуцируется в катушке, когда стержневой магнит вставляется и выходит из нее. ЭДС противоположных знаков создаются движением в противоположных направлениях, и ЭДС также меняются на противоположные за счет изменения полюсов. Те же результаты будут получены, если перемещать катушку, а не магнит — важно относительное движение.Чем быстрее движение, тем больше ЭДС, и когда магнит неподвижен относительно катушки, ЭДС отсутствует.

Движение магнита относительно катушки создает ЭДС, как показано. Такие же ЭДС возникают при перемещении катушки относительно магнита. Чем больше скорость, тем больше величина ЭДС, а при отсутствии движения ЭДС равна нулю.

Метод индукции ЭДС, используемый в большинстве электрических генераторов, показан на (Рисунок). Катушка вращается в магнитном поле, создавая ЭДС переменного тока, которая зависит от скорости вращения и других факторов, которые будут исследованы в следующих разделах.Обратите внимание, что генератор очень похож по конструкции на двигатель (другая симметрия).

При вращении катушки в магнитном поле возникает ЭДС. Это основная конструкция генератора, в котором работа, выполняемая по вращению катушки, преобразуется в электрическую энергию. Обратите внимание, что генератор очень похож по конструкции на двигатель.

Итак, мы видим, что изменение величины или направления магнитного поля вызывает ЭДС. Эксперименты показали, что существует критическая величина, называемая магнитным потоком, равная

.

, где — напряженность магнитного поля над областью под углом к ​​перпендикуляру к области, как показано на (Рисунок). Любое изменение магнитного потока вызывает ЭДС. Этот процесс определяется как электромагнитная индукция. Единицы магнитного потока ар. Как видно на (Рисунок), , который является составной частью , перпендикулярной области . Таким образом, магнитный поток является произведением площади и составляющей магнитного поля, перпендикулярной ей.

Магнитный поток связан с магнитным полем и площадью, на которой он существует. Поток связан с индукцией; любое изменение вызывает ЭДС.

Вся индукция, включая приведенные до сих пор примеры, возникает из-за некоторого изменения магнитного потока . Например, Фарадей изменил и, следовательно, при размыкании и замыкании переключателя в своем устройстве (показано на (Рисунок)). Это также верно для стержневого магнита и катушки, показанных на (Рисунок). При вращении катушки генератора угол, а значит, и угол , изменяется. Насколько велика ЭДС и какое направление она принимает, зависит от изменения в и от того, как быстро это изменение будет выполнено, как будет рассмотрено в следующем разделе.

Концептуальные вопросы

Каким образом многопетлевые катушки и железное кольцо в версии аппарата Фарадея, показанной на (Рисунок), улучшают наблюдение наведенной ЭДС?

Когда магнит вставляется в катушку, как показано на (Рисунок) (а), в каком направлении сила, действующая со стороны катушки на магнит? Нарисуйте диаграмму, показывающую направление тока, индуцируемого в катушке, и создаваемое ею магнитное поле, чтобы обосновать вашу реакцию. Как величина силы зависит от сопротивления гальванометра?

Объясните, как магнитный поток может быть равен нулю, когда магнитное поле не равно нулю.

Индуцируется ли ЭДС в катушке (рисунок), когда она растягивается? Если да, укажите причину и укажите направление индуцированного тока.

Круглая катушка с проволокой натянута в магнитном поле.

Задачи и упражнения

Какое значение магнитного потока в катушке 2 (рисунок) из-за катушки 1?

(a) Плоскости двух катушек перпендикулярны. (б) Проволока перпендикулярна плоскости катушки.

Какое значение имеет магнитный поток, проходящий через катушку на (Рисунок) (b) из-за провода?

Глоссарий

магнитный поток
— величина магнитного поля, проходящего через конкретную область, вычисляемая по формуле: где , — напряженность магнитного поля в области , под углом к ​​перпендикуляру к области
.
электромагнитная индукция
Процесс наведения ЭДС (напряжения) с изменением магнитного потока

Взгляд на свойства вращения

Волчок, через GIPHY

Если вы когда-либо играли с волчками, вы знаете, что некоторые из них легко вращаются, а другие раскачиваются.Вы когда-нибудь задумывались, почему?

Ответ связан с инерцией вращения , свойством, общим для всех вращающихся систем. Иногда его называют моментом инерции , инерция вращения описывает сопротивление объекта изменению его вращения. Вы испытываете и наблюдаете инерцию вращения во многих повседневных действиях, например, когда вы размахиваете тяжелой бейсбольной битой или когда толкаете много людей на карусели.

Инженеры должны учитывать инерцию вращения при проектировании изделий, связанных с прядением.Например, инерция вращения может влиять на то, какую мощность двигатель может передать транспортному средству, чтобы увеличить его ускорение, и насколько хорошо гребные винты работают в воздухе и на море. Это даже решающий фактор при разработке теннисных ракеток и клюшек для гольфа.

Как сделать верхний спин?

Предоставлено: Shutterstock

. Чтобы начать вращение верха, вы должны приложить крутящий момент . Величина крутящего момента, который вы должны приложить, зависит от инерции вращения волчка.Как вы могли заметить, топы имеют похожую форму. Как вы думаете, почему у вершин такие отличительные формы?

Инерция вращения определяется распределением массы объекта относительно оси вращения. Думая о распределении массы объекта, представьте, что объект состоит из группы крошечных кубиков. Расстояние каждого из этих кубов от оси вращения влияет на то, как объект будет вращаться вокруг оси.

Кредит: Хосе Ривас

При взмахе клюшкой необходимо также приложить крутящий момент, чтобы ударить по мячу.Большая часть массы гольф-клуба находится в голове. Как распределение массы клюшки влияет на крутящий момент?

Инерция вращения и угловая скорость

Как расстояние массы объекта от оси вращения влияет на скорость вращения объекта?

Гольф — не единственный вид спорта, в котором инерция вращения играет важную роль. Возьмем, к примеру, катание на коньках. Инерция вращения влияет на способность спортсмена выполнять разные типы вращений.

Фигуристка, via GIPHY
Что происходит, когда фигуристка меняет положение рук?

Что вы заметили, когда фигуристка приблизила руки к телу? Что вы заметили, когда она убрала руки от своего тела? Ее угловая скорость изменилась, но почему она изменилась так резко? Ответ связан с соотношением между ее распределением массы и ее осью вращения и тем, как это влияет на угловую скорость. Давайте исследуем эту взаимосвязь, создав инерционное транспортное средство.

Вперед в гонки!

Предоставлено: Jose Rivas

. Используя инерционное транспортное средство и техническое описание транспортного средства, вы собираетесь проверить, насколько быстро транспортное средство скатывается по рампе, когда шарики перемещаются ближе к оси вращения. (Примечание. Вы измеряете скорость транспортного средства на спуске в качестве прокси для угловой скорости. Идея состоит в том, что чем быстрее вращаются колеса транспортного средства, тем быстрее транспортное средство движется по рампе.)

  1. Измерьте длину в миллиметрах от центра одного шарика до центра преобразователя колеса CD.Это число представляет собой расстояние от распределенной массы до оси вращения. (Поскольку все шарики находятся на одинаковом расстоянии от центра, вам нужно измерить расстояние только для одного.)

    Кредит: Хосе Ривас

  2. Установите пандус под углом 30 градусов (для определения угла используйте транспортир). Установите автомобиль наверх и отпустите. Измерьте время, которое требуется автомобилю, чтобы достичь нижней части пандуса, и запишите это время в листе технических данных автомобиля.

    Кредит: Хосе Ривас

  3. Переместите шарики на 6 мм ближе к оси вращения и повторите шаги 1 и 2.
  4. Продолжайте записывать данные о времени и расстоянии, пока шарики не окажутся на оси вращения.
  5. Используя собранные данные, постройте график зависимости расстояния массы от оси вращения от времени.
Что вы заметили, когда построили график данных? Есть закономерность?

Существует прямая зависимость между распределением массы, ее расстоянием от оси вращения и инерцией вращения. Как можно дальше модифицировать автомобиль, чтобы сделать его быстрее? Как вы думаете, что произошло бы, если бы шарики не были расположены равномерно по центру?

Понимание инерции вращения также может помочь в анализе устойчивости вращающихся объектов.Хотите глубже понять, как инерция вращения влияет на устойчивость? Посмотрите это видео от Disney Research.

Вращение яиц

Как вы заметили в предыдущем упражнении, расстояние массы транспортного средства от оси вращения влияет на его инерцию вращения. Применимо ли то же отношение к яйцам? Астронавт Дон Петтит заметил, что на Земле сваренные вкрутую яйца вращаются иначе, чем сырые. Он решил выяснить, возникает ли эта разница в условиях невесомости на Международной космической станции.

Как вы думаете, почему жидкость влияет на вращение яйца?

Возможно, нас нет на космической станции, но мы все еще можем проверить, как яйца вращаются на Земле. Попробуйте крутить на столе сваренное вкрутую и сырое яйцо. Какие различия вы заметили между двумя яйцами?

Вызов

Используя глиняные и наполненные водой бусины под названием Orbeez, вы смоделируете яйца, которые представляют собой диапазон устойчивости, и протестируете их инерцию вращения. Какие данные вы должны собирать для определения стабильности яиц? Используйте лист наблюдений за вращением яиц для записи ваших данных и наблюдений. Какие структуры сырого яйца и сваренного вкрутую яйца моделируют Orbeez и глина?

материалов на группу

У вас есть 3D-принтер? Вы можете использовать этот файл (созданный Джозефом Эквайтом, студентом Lennox Math, класс Академии науки и технологий в 2019 году) для создания специальной модели пластиковых яиц, которые можно заполнить жидкостью для более точного эксперимента.

Эта модель яйца с жидкостью для печати на 3D-принтере была создана студентом Джозефом Эквайтом, младшим курсом математической, научно-технической академии им. Леннокса.

Как жидкая начинка влияет на вращение яйца?

Протокол испытаний


Вы создадите шесть разных яиц, используя следующий протокол:

  1. Полностью заполните одно яйцо глиной и запишите его массу с помощью цифровых весов. Это будет представлять собой контрольное яйцо, а — максимальную массу для каждого другого яйца, которое вы создаете .
  2. Вы наполните еще одно яйцо, на этот раз немного глины и немного Orbeez. Сначала измерьте массу глины и массу Орбиза и запишите эти числа. Наполнив яйцо, запишите его общую массу. Продолжайте заполнять остальные яйца глиной с разным соотношением Orbeez, не забывая записывать массу для каждого типа начинки и конечную массу яйца.
  3. Покрутите одно яйцо на столе, повернув его стороной вниз, и запишите время, за которое яйцо упадет на бок.Повторите то же самое с оставшимися яйцами и старайтесь каждый раз прикладывать одинаковую силу при вращении.
Кредит: Хосе Ривас

Что вы заметили, когда количество Orbeez увеличилось внутри пластиковых яиц? Как увеличение количества глины повлияло на вращение яйца? Как вы думаете, какое яйцо имело наибольшую инерцию вращения? В мере? Как вы думаете, почему бусины Orbeez так сильно влияют на стабильность?

После того, как вы проведете тесты и будете готовы к объяснению, нажмите здесь.

Конструкция изделия и инерция вращения

При разработке новых продуктов инженеры должны учитывать, как элемент будет реагировать на различные типы движения. Это особенно важно в спорте, где небольшое преимущество в технологиях может означать большую разницу в производительности спортсмена. Как, по вашему мнению, инженеры используют инерцию вращения для оптимизации клюшек для гольфа?

Узнайте больше о физике клюшки из этого видео.

Словарь

Крутящий момент — перпендикулярная сила, действующая на расстоянии от оси вращения, которая заставляет объект вращаться.

Угловая скорость — скорость, с которой вращательное положение объекта изменяется во времени.

Научные стандарты нового поколения

Фокус явления: инерция вращения влияет на вращающиеся системы.

Основные дисциплинарные идеи и ожидаемые результаты

  • PS2.A — Силы и движение
  • HS-PS2-1
  • ETS1.B — Техническое проектирование
  • HS-ETS1-2

Общие концепции: Причина и следствие: механизм и прогнозирование, системы и системные модели, стабильность и изменение

Научно-техническая практика: Анализ и интерпретация данных, разработка и использование моделей

Государственные стандарты общего ядра

RST.11-12.4: Определите значение символов, ключевых терминов и других слов и фраз, относящихся к предметной области, когда они используются в конкретном научном или техническом контексте, относящемся к текстам и темам 11–12 классов.

WHST.9-12.7: Проводить короткие, а также более длительные исследовательские проекты, чтобы ответить на вопрос (в том числе самостоятельно созданный вопрос) или решить проблему; при необходимости сузить или расширить область поиска; синтезировать несколько источников по предмету, демонстрируя понимание предмета исследования.

границ | Механическая генерация спинового тока

1. Введение

Спиновый ток, поток спинов, является ключевым понятием в области спинтроники.Он генерируется с помощью преобразования углового момента в магнитный угловой момент из-за динамики намагниченности, углового момента фотона, углового момента из-за орбитального движения электрона и спинового углового момента [1–3]. Между тем, механический угловой момент, переносимый системами конденсированного состояния из-за макроскопического движения, не использовался для генерации спинового тока, что может быть полезно в наноэлектромеханических системах (НЭМС). Далее мы предлагаем теорию связи между механическим угловым моментом и спиновым током и показываем, что спиновый ток может быть создан за счет механического движения, включая жесткое вращение и упругие деформации (рис. 1).

Рисунок 1. Концепция спин-мехатроники . Слева: связь между зарядным током и механическим движением дает электромеханические системы. Справа: связь между спиновым током и механическим движением открывает новую область спинтроники.

1.1. Магнетизм и механическое вращение

Давайте кратко рассмотрим связь между магнитным моментом и механическим вращением. В 1915 году Эйнштейн и де Хаас провели эксперимент, который выявил тесную связь между магнетизмом и механическим угловым моментом.Они измерили механический крутящий момент, возникающий при изменении намагничивания железного цилиндра (рис. 2) [4]. В том же году Барнетт обнаружил обратный эффект, намагничивание, вызванное вращением (рис. 3) [5]. Он измерил намагниченность железа, которое вращается с угловой скоростью Ω, и показал, что намагниченность M равна

где χ — магнитная восприимчивость, а γ — гиромагнитное отношение. Результат означает, что эффективное магнитное поле

индуцируется во вращающемся теле.Оба эксперимента Эйнштейна-де Гааза и Барнетта установили преобразование между магнитным и механическим угловым моментом.

Рис. 2. Эффект Эйнштейна-де Гааза . Модуляция намагниченности железа путем приложения внешнего магнитного поля, магнитный угловой момент изменяется. В результате возникает механический угловой момент для компенсации модуляции кольцевого момента.

Рисунок 3. Эффект Барнетта . Намагничивание вызывается приложением механического вращения, поскольку во вращающемся теле возникает эффективное магнитное поле.

В последнее время много внимания уделяется связи между механическим вращением и магнетизмом в контексте спинтроники. Быстрый прогресс в нанотехнологиях позволил нам исследовать связь наномагнетизма и механического вращения [6–8]. Были проведены теоретические исследования связи между магнитным моментом и механическим движением [9–22]. Были проведены эксперименты по механическому манипулированию ядерным спином [23–25], где поле Барнетта измерялось с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР).И образец, и катушка ЯМР вращаются синхронно на сверхвысокой скорости, а частота ЯМР смещается под действием поля из-за подъема уровней энергии, разделенных внешним магнитным полем. Результаты являются прямым доказательством связи между ядерным магнитным моментом и механическим вращением.

1.2. К механической генерации спинового тока

Наша цель — изучить механическую генерацию спинового тока. Это очень сложно, потому что это явление связано с неинерционным движением тела, т.е.е., вращение и ускорение, а также микроскопическая связь не выяснены. Чтобы изучить влияние механического движения на спиновой ток, нужно расширить теорию конденсированного состояния в инерциальной системе отсчета до теории в неинерциальной системе отсчета. Далее мы строим квантовую теорию в ускоряющих системах и теоретически показываем, что спиновый ток может быть вызван механическим движением, включая жесткое вращение и упругие деформации.

Краткое содержание этой статьи выглядит следующим образом. В разделе 2 резюмируется уравнение Дирака как в инерциальной, так и в неинерциальной системе отсчета.В разделе 3 выводится уравнение Паули во вращающейся системе отсчета и представлена ​​механическая генерация спинового тока за счет жесткого вращения. В разделе 4 обсуждается спиновая диффузия при наличии упругой деформации и показана генерация спинового тока поверхностными акустическими волнами. В разделе 5 исследуется перенормировка спин-вращательной связи. Эта статья заканчивается несколькими заключительными замечаниями в Разделе 6.

2. Электрон в неинерциальных системах отсчета

В этом разделе мы выводим уравнение Паули в неинерциальных системах отсчета, которое включает инерционные эффекты из-за механического движения на спин электрона.Обычно уравнение Паули выводится из разложения по малой энергии специального релятивистского уравнения Дирака . Однако это не может описывать эффекты, вызванные ускорением тела, поскольку специальная теория относительности — это теория инерциальных систем. Чтобы описать явления переноса спина с инерционными эффектами, мы начнем с общего релятивистского уравнения Дирака , которое является фундаментальной теорией спинора в неинерциальных системах отсчета.

2.1. Электрон в инерциальной системе отсчета

Прежде чем перейти к неинерциальной системе отсчета, давайте рассмотрим вывод уравнения Паули в инерциальной системе отсчета.Лагранжиан специального релятивистского уравнения Дирака имеет вид

ℒ = Ψ̄ [iγac (pa-qAa) -mc2] Ψ, (3)

, где Ψ — 4-спинорная волновая функция, γ a ( a = 0, 1, 2, 3) — матрица Дирака, которая удовлетворяет антикоммутационному соотношению: {γ a , γ b } = 2η ab , с метрикой Минковского η ab = diag (-, +, +, +), q — заряд, m — масса, c — это скорость света, а A a — это потенциал калибра U (1).Матрица Дирака связана следующим образом: γ 0 ( x ) = i β, γi (x) = iβαi с β = (IOO − I) и α = (OσσO), где I — 2 × 2 единичная матрица, а σ i — матрица Паули.

Уравнение Дирака содержит электронную и позитронную компоненты. Специальный релятивистский гамильтониан Дирака дается формулой

HD = βmc2 + cα · π + qA0, (4)

, где π = p q A . Поскольку энергетический зазор между электронным и позитронным состояниями намного больше, чем энергетические масштабы систем конденсированной материи, мы сводим уравнение Дирака к уравнению Паули, используя низкоэнергетическое разложение, разработанное Фолди и Ваутхуйзеном [26] и Тани [27]. .Гамильтониан H D делится на две части: ∈ = qA 0 и 𝓞 = · π. Последовательным унитарным преобразованием H ′ = UFH0UF † -iℏUF∂tUF †, H ″ = UFH′UF † -iℏUF∂tUF †,…, где UF = exp (-iβ𝒪 ∕ 2mc2), получаем блочно-диагонализованный гамильтониан up до заказа 1/ м :

H ″ = β [mc2 + π22m + qℏ2mσ · B] + qA0. (5)

Второй и третий члены — это кинетический член и член Зеемана. Гамильтониан до порядка 1/ м 2 приводит к спин-орбитальной связи и члену Дарвина:

-18m2c4 [𝒪, [𝒪, ε] + iℏ∂t𝒪] = qλ2ℏσ · (π × E-E × π) -qλ2divE, (6)

, где λ = ℏ 2 / 4m 2 c 2 .В то время как спин-орбитальная связь λ мала в вакууме, поскольку она возникает из-за расширения (1 / m 2 ), связь усиливается за счет квантовых многочастичных эффектов в материалах (см. Раздел 6 этой статьи). Фактически, большая спин-орбитальная связь в Pt широко используется для преобразования между зарядовыми и спиновыми токами, которые известны как спиновый эффект Холла (SHE) [28–34] и обратный спиновый эффект Холла [35]. Гамильтониан со спин-орбитальной связью:

He (1 ∕ m2) = π22m-eA0-eℏ2mσ · B-eλℏσ · (π × E) (7)

дает зависящую от спина скорость

v = 1iℏ [r, He] = πm-eλmσ × E.(8)

Второй член, известный как аномальная скорость, отвечает за спиновый эффект Холла (рис. 4).

Рис. 4. Эффект спинового холла . Спиновый ток генерируется сильной спин-орбитальной связью в Pt и течет перпендикулярно току заряда.

2.2. Электрон в неинерциальных системах отсчета

Чтобы учесть инерционные эффекты, обусловленные механическим движением, мы начнем с общековариантного лагранжиана Дирака [36–38]:

ℒG = Ψ̄ [ieaμγac (pμ-qAμ + iℏΓμ) -mc2] Ψ, (9)

, где vierbein eaμ является локальным ортономным основанием и может рассматриваться как квадратный корень из метрического тензора g μν ( x ): eaμηabebν = gμν.Общая релятивистская версия матрицы Дирака дается формулой γμ (x) = eaμ (x) γa, поскольку она удовлетворяет антикоммутационному соотношению: {γ μ ( x ), γ ν ( x ) } = 2 g μν ( x ). Лагранжиан включает спиновую связность Γμ = ωμabΣab, где ωμab = eλa (∂μδνλ + Γμνλ) eνb с символом Кристоффеля Γμνλ и генератором преобразования Лоренца Σab = 14 [γa, γb]. В частности, пространственная составляющая генератора является оператором спина для 4-спинора: Σij = 12ϵijk (σkOOσk).Следует отметить, что общий релятивистский лагранжиан включает зависящее от спина калибровочное поле Γ μ (σ), которое отвечает за зависящие от спина инерционные эффекты и механическую генерацию спинового тока, как обсуждается ниже.

3. Генерация спинового тока жестким вращением

В этом разделе мы показываем генерацию спинового тока из-за жесткого вращения с помощью низкоэнергетического разложения общего релятивистского уравнения Дирака.

3.1. Электрон в жестко вращающейся рамке

Во-первых, давайте пересмотрим эффекты Эйнштейна-де Гааза и Барнетта с точки зрения уравнения Дирака во вращающейся системе отсчета.Преобразование координат из жестко вращающейся рамы в инерциальную систему дает

dr ′ = dr + (Ω × r) dt, dt ′ = dt, (10)

где Ω — угловая скорость вращения относительно инерциальной системы отсчета. Из линейного элемента

ds2 = -c2dt′2 + dr′2 = [- 1+ (Ω × r ∕ c) 2] c2dt2 + 2 (Ω × r ∕ c) cdtdr + dr2 = gμνdxμdxν, (11)

метрика приводит к g00 = -1 + (Ω × r ∕ c) 2, g 0 i = g i 0 = (Ω × r / c ) i , g ij = δ ij ( i, j = 1, 2, 3), где мы предполагаем | Ω × r / c | ≪ 1.Вербейн и обратный вербейн даются по

. e00 = 1, ej0 = 0, e0i = — (Ω × r ∕ c) i, eji = δji, (12)

и

e0α = δ0α + ηαi (Ω × r ∕ c) i, eiα = δiα. (13)

Зависящая от пространства-времени матрица Дирака принимает вид γ 0 ( x ) = — i β, i γ i ( x ) = [(Ω × r / c ) i + α i ], а символы Кристоффеля даются как

Γ000 = Γi00 = Γij0 = Γjki = 0, Γ00i = ϵijkΩj (Ω × r ∕ c) kc + ∂0 (Ω × r ∕ c) i, Γj0i = -ϵijkΩkc, (14)

где ∂0 = c-1∂t.Таким образом, спин-соединение читает

Γ0 (x) = γiγjϵijkΩl4c = iΣ · Ω2c, (15)

, где Σ = 12 (σOOσ). Компонент времени спиновой связи состоит из внутреннего произведения оператора спина и угловой скорости вращения и появляется в следующем гамильтониане:

H̄D = βmc2 + (cα-Ω × r) · π + qA0-ℏΩ · Σ. (17)

Последний член −ℏ Ом · Σ — спин-вращательная связь. Оператор скорости частицы Дирака во вращающейся системе отсчета равен

. v = 1iℏ [r, H] = cα-Ω × r.(18)

Он состоит из комбинации скорости в инерциальной системе отсчета c α и скорости вращения Ω × r . Используя соотношение ( c α — Ω × r ) · π = c α · π — ( r × π) · Ω , гамильтониан во вращающейся системе отсчета H̄D связан с что в инерциальной системе отсчета HD = βmc2 + cα · π + qA0 как H̄D = HD- (r × π + ℏΣ) · Ω. Это согласуется с гамильтонианом, полученным унитарным преобразованием: UHDU † -iℏU∂tU † с U = exp [ Дж · Ом t / iℏ ] и Дж = r × π + ℏ Σ .

Теперь давайте выведем эффективный гамильтониан для электрона во вращающейся системе отсчета с помощью преобразования Фолди-Ваутхуйзена-Тани (FWT). Гамильтониан H делится на ε ′ = qA0-Ω · (r × π + ℏΣ) и 𝓞 = c α · π. Используя унитарное преобразование UF = exp (-iβ𝒪 ∕ 2mc2), гамильтониан порядка 1/ м дается выражением

H̄D ′ = β [mc2 + π22m + qℏ2mσ · B] + qA0 — (r × π + ℏΣ) · Ω. (19)

Мы получаем кинетический член и член Зеемана, а также связь полного углового момента J = r × π + Σ и частоты вращения Ω.Электронный сектор гамильтониана записывается как

H̄e (1 ∕ m) = π22m-eA0-r × π · Ω-eℏ2mσ · (B + BΩ), (20)

, где B Ом = м Ом / e известно как поле Барнетта, которое представляет собой эффективное магнитное поле, обусловленное механическим вращением и квантово-механическим происхождением эффекта Барнетта.

Расширение порядка 1 / м 2 дает спин-орбитальное взаимодействие и члены Дарвина, дополненные инерционными эффектами [39–41]:

-18m2c4 [𝒪, [𝒪, ε ′] + iℏ∂t𝒪] = qλ2ℏσ · (π × E′-E ′ × π) -qλ2divE ′, (21)

, где E ′ = E + ( Ом × r ) × B .Это означает, что появившееся в муфтах условное электрическое поле E изменилось как E E ′ = E + ( Ом × r ) × B . Этот результат согласуется с общим релятивистским преобразованием электромагнитных полей во вращающейся системе отсчета:

E ′ = E + (Ω × r) × B, (22)

, где E и B — электромагнитные поля в опорной раме. Следует отметить, что эти соотношения не являются преобразованиями Лоренца в специальной теории относительности, а являются преобразованиями общих координат в общей теории относительности.Преобразование Лоренца электромагнитных полей записывается как

E ″ ∕ c = γ (E ∕ c + β × B) -γ2γ + 1 (β · E ∕ c) β, (24) B ″ = γ (B-β × E ∕ c) -γ2γ + 1 (β · B) β, (25)

с γ = 1 ∕ 1-β2 и β = v 0 / c , где E ″ и B ″ — электромагнитное поле в инерциальной системе отсчета, относительная скорость которого относительно покоящейся системы отсчета. это v 0 . В случае β ⊥ E , β ⊥ B и | v 0 / c | 1 преобразования Лоренца сводятся к

E ″ ∕ c = E ∕ c + β × B, (26) B ″ = B-β × E ∕ c.(27)

Специальные релятивистские преобразования Уравнения (26) и (27) имеют симметрию для E / c и B , в то время как общие релятивистские соотношения Уравнения (22) и (23) нет. Такая асимметрия возникает из-за пространственно-временной асимметрии общего преобразования координат [41, 42].

3.2. Спиновый ток от жесткого вращения

Теперь обсудим генерацию спинового тока за счет жесткого вращения. Как показано выше, гамильтониан для электрона во вращающейся системе отсчета равен

. H̄e = He- (r × π + ℏ2σ) · Ω -eλℏσ · [π × {(E + Ω × r) × B}].(28)

Даже в отсутствие E , когда у нас есть и магнитное поле B , и вращение Ω, аномальная скорость индуцируется во вращающейся системе координат как

vσ = -eλmσ × {E + (Ω × r) × B}. (29)

В случае Ом || B || e z , где e z — единичный вектор вдоль оси z , член ( Ω × r ) × B становится Ω rB e r с единичным вектором в радиальном направлении e r .Соответственно, z -поляризованный спиновый ток течет в азимутальном направлении (рис. 5). Спиновый ток оценивается как

Js = enTrσzvσ = 2neκωcreϕ, (30)

, где r — расстояние от оси вращения, e ϕ — единичный вектор азимутального направления, n — плотность электронов, а ω c = eB / m — циклотронная частота. Безразмерный параметр κ определяется выражением κ = λ ~ kF2 · ℏΩϵF, где kF, ϵF = ℏ2kF2 ∕ 2m — волновое число Ферми и энергия Ферми, соответственно, а λ ~ — спин-орбитальная связь в материале.В случае Pt λ ~ kF2≈0,6, а когда B = 1T и Ω = 1 кГц, спиновый ток становится Js≈108A / m 2 [39].

Рис. 5. Спиновый эффект Холла во вращающейся рамке, где внешнее магнитное поле приложено вдоль осей вращения . В этом случае эффективное электрическое поле индуцируется в радиальном направлении, а спиновый ток течет в азимутальном направлении.

4. Генерация спинового тока за счет упругого движения

Генерация спинового тока из-за жесткого вращения требует сильной спин-орбитальной связи, как обсуждалось выше.Напротив, ниже мы покажем альтернативный механизм механической генерации спинового тока в немагнитах, где спин-орбитальная связь не требуется.

4.1. Спиновая диффузия под зависящим от времени полем

С этого момента мы идем по новому пути генерации спинового тока, учитывая спин-вращательную связь:

HSR = -ℏ2σ · B. (31)

Сначала рассмотрим применение стационарного вращения. В этом случае в материале индуцируется поле Барнетта, и из-за спиновой релаксации спины электронов выравниваются относительно оси вращения.Однако спиновые токи не могут быть созданы, поскольку в конечном итоге достигается равновесное состояние спина. Чтобы генерировать спиновые токи, поле Барнетта должно быть зависящим от времени, чтобы реализовалось неравновесное спиновое состояние. Далее мы исследуем спиновой перенос с помощью обобщенного уравнения спиновой диффузии при наличии нестационарного вращения.

Когда механическое вращение Ω применяется вдоль оси z , нижняя часть энергетической зоны электрона смещается на Ω / 2 из-за эффекта Барнетта.Плотность электронов со спином вверх (вниз) равна

. n ↑ (↓) = ∫ ± ℏΩ ∕ 2μ ↑ (↓) dεN0 (ε), (32)

, где N 0 — плотность состояний для электронов, μ и μ — спин-зависимые электрохимические потенциалы для электронов со спином вверх и вниз соответственно (рисунок 6). Таким образом, спиновая плотность может быть оценена как n n N 0 δμ, где δμ = μ — μ — накопление спина.Здесь для простоты предполагается, что плотность состояния постоянна. Обычно спиновая релаксация происходит в двух процессах (рис. 6):

1. Флип спина на месте с временем жизни спина, τ sf ,

2. Спиновая диффузия с постоянной диффузии, D .

Рис. 6. Спиновые состояния электронов во вращающейся системе отсчета и спин-диффузия . Во вращающейся системе отсчета намагниченность полем Барнетта из-за механического вращения должна быть включена при вычислении спиновой плотности (левая панель).Спиновая релаксация происходит как в процессах переворота спина на месте (средняя панель), так и в процессах спиновой диффузии (правая панель).

Переворот спина на месте со временем жизни спина выражается как τsf-1N0δμ, а процесс спиновой диффузии как D∇2 (N0δμ). Тогда уравнение неразрывности для спиновой плотности принимает вид ∂t (n ↑ -n ↓) = τsf-1N0δμ + D∇2 (N0δμ). Таким образом, мы получаем расширенное уравнение спиновой диффузии при наличии спин-вращательной связи [43]:

(∂t-D∇2 + τsf-1) δμ = ℏ∂tΩ, (33)

Производная по времени от частоты вращения ∂ t Ом появляется в правой части уравнения (33), и этот член исчезает, когда вращение является стационарным, как упомянуто выше.

Поляризованный спиновый ток z можно рассчитать как Js = σ0e∇δμ, где σ 0 — проводимость, а δμ — решение уравнения (33). Следовательно, для генерации спинового тока нам необходимо механическое вращение, зависящее от пространства-времени. Чтобы реализовать такое вращение, мы сосредоточимся на упругой деформации, вызванной поверхностными акустическими волнами, которая подходит для генерации спинового тока, как показано в следующем разделе.

4.2. Электрон в упругих материалах

Преобразование координат от локальной опорной рамы в упругом материале к лабораторной раме задается следующим образом: d r ′ = d r + v dt, dt ′ = dt , где v ( t , r ) — это поле скорости из-за упругих деформаций, а затем метрический тензор принимает вид g00 = -1 + v2 ∕ c2, g0i = gi0 = vi ∕ c, gij = δij, и vierbein задается формулой e00 = 1, ej0 = 0, e0i = -vi ∕ c, eji = δji.В этом случае спиновая связь определяется выражением Γ 0 = i Σ · ω / 2, Γ i = 0, где ω = ∇ × v — завихренность движения решетки. Этот результат показывает, что спин-вращательная связь Σ · Ω в жестко вращающейся системе отсчета расширяется до «спин-вихревой связи» Σ · ω / 2 при наличии упругой деформации. Гамильтониан Дирака записывается как

HD = βmc2 + cα · π-eA0 + e2A · v-12 {v, π} -2Σ · ω, (34)

и низший порядок преобразования FWT приводит к гамильтониану для электрона:

He = π22m-eA0-eℏ2mσ · B + e2A · v-12 {v, π} -ℏ2σ · ω2.(35)

Последний член — спин-завихренная связь, отвечающая за генерацию спинового тока из-за поверхностных акустических волн.

4.3. Спиновый ток от поверхностной акустической волны

Рассмотрим генерацию спинового тока из-за поверхностных акустических волн (ПАВ) в немагнитных металлах или полупроводниках. Наша установка показана на рисунке 7. ПАВ, движущаяся по осям x , вызывает локальное вращательное движение по осям z , угловая скорость которых определяется выражением [47, 48]

Ω (x, y, t) = ωs2u02ctexp {-kty + i (kx-ωt)}, (36)

где ω s и u 0 — частота механического резонатора и амплитуда соответственно, а c t — поперечная скорость звука, k — волновое число , kt = k1-ξ2 — поперечное волновое число, а ξ задается формулой ξ = (0.875 + 1.12ν) / (1 + ν) с коэффициентом Пуассона ν. Частота ω s связана с k, c t , а ξ как ω s = c t . Подставляя уравнение (36) в уравнение спиновой диффузии (33), решение дает спиновый ток, индуцированный ПАВ [43]:

Js = σ0e∂∂y∫0∞dt′∫0∞dy′θ (tt ′) e- (tt) (1 + λs2k2) ∕ τsf4πD (tt ′) [e- (yy ′) 24D (tt ′) + e- (y + y ′) 24D (tt ′)] e-kty′-iωt ′, (37)

, где λs = Dτsf — длина спиновой диффузии, и мы используем граничное условие J s = 0 на поверхности y = 0.В частности, в случае ω s τ sf À1 решение сводится к

Js≈ℏσ02eτsfωs4u0ct21-ξ2ξexp [-kty + i (kx-ωst)]. (38)

Рис. 7. Генерация спинового тока за счет связи спин-завихренность . Спиновый ток течет по градиенту завихренности из-за ПАВ (левый рисунок). Узоры из магнитных полос создаются на поверхности немагнитов (правый рисунок).

Как показано на рисунке 7, спиновой ток течет по осям y , а именно параллельно градиенту эффективного магнитного поля из-за завихренности движения решетки.В результате узор магнитных полос создается на поверхности немагнитного металла или полупроводника. Экспериментально прецессия спина, управляемая ПАВ, наблюдалась с помощью полярного магнитооптического эффекта Кера с временным разрешением (MOKE), в котором было достигнуто пространственное и временное разрешение порядка 10 мкм и 10 нс [49, 50]. Также проводятся измерения МОКЭ для металлического мультислоя [51]. Поскольку в нашей установке индуцируется спиновая поляризация в плоскости, поперечные измерения продольных MOKE имеют отношение к накоплению спина, вызванному ПАВ.

Спиновый ток сильно зависит от σ 0 и τ sf . В таблице 1 показана амплитуда спинового тока для Pt, Al, Cu, Ag, Au и n -легированного GaAs, нормированная на амплитуду для Pt, в случае ω s = 2,5 ГГц. В случае u 0 = 0,01 нм, J s (Pt) становится 10 4 А / м 2 . Примечательно, что спиновый ток для Al или Cu намного больше, чем для Pt, поскольку генерируемый спиновый ток пропорционален σ 0 и τ sf .

Таблица 1. Спиновый ток, генерируемый SAW .

Обычно для генерации спинового тока в немагнитных материалах требуется сильная спин-орбитальная связь, поскольку используется спиновый эффект Холла. Это означает, что материалы с коротким временем жизни спина подходят для генерации спинового тока. Напротив, механизм, предложенный в этом разделе, требует большего времени жизни спина для генерации больших спиновых токов. Другими словами, Al и Cu, которые считались хорошими материалами для спин-проводящего канала, могут быть благоприятными для генерации спинового тока.

Как выражено в уравнении (38), генерируемый спиновый ток колеблется с частотой ω s . Переменный характер спинового тока имеет несколько преимуществ: одним из ценных приложений может быть спин-крутящий ферромагнитный резонанс (ST-FMR) [52], где переменные спиновые токи возбуждают динамику намагничивания наномагнетиков в диапазоне нескольких ГГц. В Liu et al. [52], переменный ток заряда преобразуется в переменный спиновый ток через СВЭ, для чего требуются материалы с большим углом спин-Холла, такие как Pt и Ta, в то время как наш метод не полагается на СВЭ, и можно использовать Cu или Al.Это указывает на то, что предсказанный переменный спиновой ток может обеспечить альтернативный путь для ST-FMR, а именно ST-FMR «без редких металлов».

5. Перенормировка спин-вращательной муфты

Хорошо известно, что обычная зеемановская связь и спин-орбитальная связь усиливаются за счет квантового эффекта многих тел в материалах. В этом разделе связь спин-вращение или спин-завихренность и усиленная спин-орбитальная связь, полученная в предыдущих разделах, также усилены аналогичным механизмом.

5.1. Теорема Блоха при наличии вращения

Рассмотрим электрон в периодическом потенциале при наличии механического вращения.

Во-первых, напомним обычную теорему Блоха. Начнем с электронного гамильтониана в лабораторной системе отсчета: H0 = p22m + V0 (r0), где V 0 — микроскопический периодический кристаллический потенциал. Когда кристаллическая решетка имеет трансляционную симметрию, где векторы примитивной решетки a i ( i = 1, 2, 3), собственная функция для H 0 может быть записана как ψn, k (r) = eik ′ · run, k ′ (r).Здесь n — индекс полосы, R задается как R = ∑imiai с целым числом m i и u u, k удовлетворяет u u , k ( r + R ) = u n, k ( r ). Это известно как теорема Блоха. В присутствии внешнего магнитного поля гамильтониан обладает магнитной трансляционной симметрией [53], а собственная функция Блоха модифицируется как ψn, k ′ (r) = eik ′ · run, k ′ (r), где обобщенный импульс кристалла ℏ k ′ = p + e A .

Как обсуждалось выше, механическое вращение Ом можно рассматривать как эффективное магнитное поле, а именно поле Барнетта B Ом = Ом / γ. Соответственно, волновую функцию для электрона во вращающейся системе координат следует рассматривать как аналогичную собственную функцию в присутствии магнитных полей. Гамильтониан в жестко вращающейся системе отсчета H̄ получается как H̄ = UH0U † -iℏU∂U † ∂t = H0-J · Ω, где U = exp [ Дж · Ω t / i ℏ] — унитарное преобразование с образующей вращения J = r × p + ℏ2σ.Гамильтониан можно переписать как

HR = (p + eAg) 22m + V0 (r) -eϕg-eℏ2mσ · Bg2, (39)

, где A g = — ( m / e ) Ω × r , ϕg = (m ∕ e) (Ω × r) 2∕2, и B г = ∇ × A г . Поле B g известно как гравитомагнитное поле, которое связано с полем Барнетта B Ω как B Ω = B g /2.По сравнению с гамильтонианом в присутствии электромагнитных полей, H = (p + eA) 22m + V0 (r) -eϕg-g2eℏ2mσ · B с электроном g -фактор g , векторный потенциал, который представляет собой Эффект A g , а скалярный потенциал ϕ g , центробежная сила, появляется в H̄, и спин-вращательную связь можно интерпретировать как эффективную связь Зеемана с g = 1. Поскольку симметрия гамильтониана аналогична магнитной трансляционной симметрии, собственная функция H̄ определяется выражением ψn, kg (r) = eikg · run, kg (r) с ℏ k g = p + e A [54].

5.2. Перенормировка межзонным перемешиванием

Распространим обычное возмущение k · p [55, 56] на возмущение при наличии вращения [54]. Показано, что спин-вращательная связь и спин-орбитальная связь могут быть перенормированы межзонным перемешиванием в случае простой зонной структуры, такой как GaAs и InSb, с помощью модели Кейна 8 × 8 [55] (в которой зонная структура показан на рисунке 8). Получаем эффективный гамильтониан для электронов проводимости [54]:

H ′ * = ℏ2kg22m * + V- (1 + δg) ℏ2σ · Ω + q (λ + δλS) σ · (кг × E) + q2 (λ + δλD) divE, (40)

где

1m * = 1m + 2P23ℏ2 (2EG + 1EG + Δ0) (41) δg = −4mℏ2P23 (1EG − 1EG + Δ0), (42) δλS = −P23 (1EG2−1 (EG + Δ0) 2), (43) δλD = P23 (2EG2 + 1 (EG + Δ0) 2).(44)

Рис. 8. Ленточная структура модели Кейна 8 × 8 .

Здесь E G — энергетическая щель между зоной проводимости и валентной зоной, Δ 0 — спин-орбитальная щель, а P — матричный элемент импульса Кейна. Таким образом, спин-вращательная и спин-орбитальная связи перенормируются межзонным перемешиванием в материалах с ненулевой спин-орбитальной щелью Δ 0 . В этом выводе мы используем простой гамильтониан H̄ ′.Если мы включим усиленную спин-орбитальную связь, приведенные выше отношения изменятся как E E ′, и, следовательно, спин-орбитальная связь из-за механического вращения также перенормируется межзонным смешиванием.

Обычно перенормированная связь Зеемана, полученная из модели Кейна 8 × 8, задается выражением (2 + δ g ) / 2μ B σ · B , в то время как спин-вращательная связь модулируется как — (1 + δg) ℏ2σ · Ω. Разница проистекает из g факторов для обычного магнитного поля и гравитомагнитного поля.Для слаболегированного n -InSb при низкой температуре сообщалось, что g = -49. В этом случае δ g = −51 [55], и тогда спин-вращательная связь становится примерно в 50 раз больше, чем голая связь.

6. Обсуждение и выводы

В этой статье мы рассматриваем механическую генерацию спинового тока с помощью низкоэнергетического разложения общековариантного уравнения Дирака. Мы обнаружили различные инерционные эффекты на спины электронов, которые не учитывались в традиционной теории конденсированного состояния.Согласно общей теории относительности, инерционные эффекты представлены связями или калибровочными полями. В частности, уравнение Дирака в неинерциальных системах отсчета содержит спин-зависимые связи, и, таким образом, спин-зависимые калибровочные поля появляются в гамильтониане для электронов в ускоряющихся телах и отвечают за генерацию спинового тока.

Механическое генерирование спинового тока, а также механическое манипулирование спинами проистекают из внутреннего свойства спинора, которое чувствительно к кривизне пространства-времени.В этом году исполняется 100 лет с тех пор, как Эйнштейн разъяснил связь между магнетизмом и механическим движением, а также построил общую теорию относительности. Опираясь на обе фундаментальные концепции, мы стремимся к новому развитию спинтроники, в которой вращение и механическое движение изящно гармонируют.

Финансирование

Эта работа финансировалась грантом на научные исследования C (15K05153), грантом помощи молодым ученым B (20463797), грантом на научные исследования A (26247063) и грантом -Помощь в научных исследованиях в инновационной сфере, науке о преобразовании наноспинов (грант No.26103005) из MEXT.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарят Э. Сайто, К. Харии, Х. Чудо и М. Оно за ценные обсуждения.

Сноски

Список литературы

1. Маэкава С., Валенсуэла С., Сайто Э., Кимура Т. (ред.). Спиновый ток. Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press (2012).

Google Scholar

2. Зутич И., Фабиан Дж., Сарма С.Д. Спинтроника: основы и приложения. Rev Mod Phys. (2004) 76 : 323–410. DOI: 10.1103 / RevModPhys.76.323

CrossRef Полный текст | Google Scholar

3. Маэкава С. (ред.). Концепции спиновой электроники. Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press (2006).

Google Scholar

4.Эйнштейн А., де Хаас В.Дж. Экспериментальное доказательство существования молекулярных токов Ампера. Verh Dtsch Phys Ges. (1915) 17 : 152.

Google Scholar

6. Уоллис Т.М., Морленд Дж., Кабос П. Эффект Эйнштейна – де Гааза в пленке NiFe, нанесенной на микрокантилевер. Appl Phys Lett. (2006) 89 : 122502. DOI: 10.1063 / 1.2355445

CrossRef Полный текст | Google Scholar

7. Золфагархани Г., Гайдаржи А., Деджованни П., Кеттеманн С., Фульде П., Моханти П.Наномеханическое обнаружение странствующего переворота спина электрона. Nat Nanotechnol. (2008) 3 : 720–723. DOI: 10.1038 / nnano.2008.311

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

8. Техада Дж., Зислер Р.Д., Молинс Э., Чудновский Э.М. Свидетельства квантования механического вращения магнитных наночастиц. Phys Rev Lett. (2010) 104 : 027202.

PubMed Аннотация | Google Scholar

9. Ковалев А.А., Бауэр ГЭВ, Братаас А.Магнитовибрационная муфта в небольших консолях. Appl Phys Lett. (2003) 83 : 1584. DOI: 10.1063 / 1.1603338

CrossRef Полный текст | Google Scholar

11. Чудновский Е.М., Гаранин Д.А., Шиллинг Р. Универсальный механизм спиновой релаксации в твердых телах. Phys Rev. (2005) B72 : 094426. DOI: 10.1103 / PhysRevB.72.094426

CrossRef Полный текст | Google Scholar

12. Чудновский Э.М., Гаранин Д.А. Демпфирование нанокантилевера парамагнитными спинами. Phys. Ред. (2014) B89 : 174420. DOI: 10.1103 / PhysRevB.89.174420

CrossRef Полный текст | Google Scholar

14. Ковалев А.А., Бауэр Г.Э., Братаас А. Токовый ферромагнитный резонанс, механические моменты и вращательное движение в магнитных наноструктурах. Phys Rev B (2007) 75 : 014430. DOI: 10.1103 / PhysRevB.75.014430

CrossRef Полный текст | Google Scholar

15. Ковалев А.А., Хайден Л.Х., Бауэр Г.Е., Церковняк Ю.Макроспиновое туннелирование и магнитополяритоны с наномеханическими интерференциями. Phys Rev Lett. (2011) 106 : 147203. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.106.147203

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

16. Бретцель С., Бауэр Г.Э., Церковняк Ю., Братаас А. Эффект Барнетта в тонких магнитных пленках и наноструктурах. Appl Phys Lett. (2009) 95 : 122504. DOI: 10.1063 / 1.3232221

CrossRef Полный текст | Google Scholar

17.Бауэр Г.Е., Бретцель С., Братаас А., Церковняк Ю. Наномасштабные магнитные тепловые насосы и двигатели. Phys Rev B (2010) 81 : 024427. DOI: 10.1103 / PhysRevB.81.024427

CrossRef Полный текст | Google Scholar

19. Калеро Ц., Чудновский Э.М., Гаранин Д.А. Квантовая динамика наномагнита во вращающемся поле. Phys Rev B (2005) 72 : 024409. DOI: 10.1103 / PhysRevB.72.024409

CrossRef Полный текст | Google Scholar

21. Калеро Ц., Чудновский Э.М., Гаранин Д.А.Магнитоупругие волны в кристаллах магнитных молекул. Phys Rev B (2007) 76 : 094419. DOI: 10.1103 / PhysRevB.76.094419

CrossRef Полный текст | Google Scholar

22. Гаранин Д.А., Чудновский Э.М. Квантовая перепутанность туннельного спина с механическими модами крутильного резонатора. Phys Rev X (2011) 1 : 011005. DOI: 10.1103 / PhysRevX.1.011005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

23. Чудо Х., Оно М., Харии К., Мацуо М., Иеда Дж., Харуки Р. и др.Наблюдение полей Барнетта в твердых телах методом ядерного магнитного резонанса. Appl Phys Exp. (2014) 7 : 063004. DOI: 10.7567 / APEX.7.063004

CrossRef Полный текст

24. Чудо Х., Харии К., Мацуо М., Иеда Дж., Оно М., Маекава С. и др. Вращательный эффект Доплера и поле Барнетта во вращающемся ЯМР. J Phys Soc Jpn. (2015) 84 : 043601. DOI: 10.7566 / JPSJ.84.043601

CrossRef Полный текст

25. Харии К., Чудо Х., Оно М., Мацуо М., Иеда Дж., Окаясу С. и др.Расщепление линий механическим вращением в ядерном магнитном резонансе. Jpn J Appl Phys. (2015) 54 : 050302. DOI: 10.7567 / JJAP.54.050302

CrossRef Полный текст

26. Foldy LL, Wouthuysen SA. О теории Дирака частиц со спином 1/2 и ее нерелятивистском пределе. Phys Rev. (1950) 78 : 29–36. DOI: 10.1103 / PhysRev.78.29

CrossRef Полный текст | Google Scholar

27. Тани С. Связь между моделями частиц и теориями поля, I. Prog Theor Phys. (1951) 6 : 267–85. DOI: 10.1143 / ptp / 6.3.267

CrossRef Полный текст | Google Scholar

28. Дьяконов М.И., Перель В.И. Индуцированная током спиновая ориентация электронов в полупроводниках. Phys Lett. (1971) 35A: 459–60. DOI: 10.1016 / 0375-9601 (71)

-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

33. Вундерлих Дж., Кестнер Б., Синова Дж., Юнгвирт Т. Экспериментальное наблюдение эффекта спинового холла в двумерной спин-орбитальной связанной полупроводниковой системе. Phys Rev Lett. (2005) 94 : 047204. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.94.047204

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

35. Сайто Э., Уэда М., Миядзима Х., Татара Г. Преобразование спинового тока в ток заряда при комнатной температуре: обратный спин-холл-эффект. Appl Phys Lett. (2006) 88 : 182509. DOI: 10.1063 / 1.2199473

CrossRef Полный текст | Google Scholar

36. Brill DR, Wheeler JA. Взаимодействие нейтрино и гравитационных полей. Rev Mod Phys. (1957) 29 : 465–79. DOI: 10.1103 / RevModPhys.29.465

CrossRef Полный текст | Google Scholar

37. Биррелл Н.Д., Дэвис PCW. Квантовые поля в искривленном пространстве . Кембридж: Издательство Кембриджского университета (1982).

Google Scholar

38. Накахара М. Геометрия, топология и физика . Бристоль: Издательский институт физики (1998).

Google Scholar

40. Мацуо М., Иеда Дж., Сайто Э., Маэкава С.Генерация спинового тока за счет механического вращения при наличии примесного рассеяния. Appl Phys Lett. (2011) 98 : 242501. DOI: 10.1063 / 1.3597220

CrossRef Полный текст | Google Scholar

41. Мацуо М., Иеда Дж., Сайто Э., Маекава С. Спин-зависимая сила инерции и спиновый ток в ускоряющих системах. Phys Rev B (2011) 84 : 104410. DOI: 10.1103 / PhysRevB.84.104410

CrossRef Полный текст | Google Scholar

43.Мацуо М., Иеда Дж., Харии К., Сайто Э., Маэкава С. Механическая генерация спинового тока за счет связи спин-вращение. Phys Rev B (2013) 87 : 18402 (R). DOI: 10.1103 / PhysRevB.87.180402

CrossRef Полный текст | Google Scholar

44. Учида К., Адачи Х., Ан Т., Ота Т., Тода М., Хиллебрандс Б. и др. Дальнодействующий спиновый эффект Зеебека и акустическая спиновая накачка. Nat Mater. (2011) 10 : 737–41. DOI: 10.1038 / nmat3099

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

45.Uchida K, An T, Kajiwara Y, Toda M, Saitoh E. Спиновая накачка, управляемая поверхностными акустическими волнами, в гибридной структуре Y3Fe5O12 / Pt. Appl Phys Lett. (2011) 99 : 212501. DOI: 10.1063 / 1.3662032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

46. Учида К., Адачи Х., Ан Т., Накаяма Х., Тода М., Хиллебрандс Б. и др. Акустическая спиновая накачка: направленная генерация спиновых токов из звуковых волн в гибридных структурах Pt / Y3Fe5O12. J Appl Phys. (2012) 111 : 053903.DOI: 10.1063 / 1.3688332

CrossRef Полный текст

47. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Пергамон (1959).

48. Маэкава С., Тачики М. Затухание поверхностного звука из-за поверхностной спиновой волны в ферро- и антиферромагнетиках. AIP conf Proc. (1976) 29 : 542. DOI: 10.1063 / 1.30437

CrossRef Полный текст | Google Scholar

49. Санада Х., Согава Т., Гото Х., Ономицу К., Кохда М., Нитта Дж. И др.Акустически индуцированные спин-орбитальные взаимодействия, обнаруженные с помощью двумерного изображения спинового транспорта в GaAs. Phys Rev Lett. (2011) 106 : 216602. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.106.216602

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

50. Эрнандес-Мингес А., Бирманн К., Лазич С., Эй Р., Сантос П. В.. Керровское детектирование акустического спинового транспорта в квантовых ямах GaAs (110). Appl Phys Lett. (2010) 97 : 242110. DOI: 10.1063 / 1.3524218

CrossRef Полный текст | Google Scholar

51.Судзуки Ю., Катаяма Т., Йошида С., Танака К., Сато К. Новый магнитооптический переход в ультратонких пленках Fe (100). Phys Rev Lett. 68 : 3355 (1992).

PubMed Аннотация | Google Scholar

54. Мацуо М., Иеда Дж., Маекава С. Перенормировка спин-вращательной связи. Phys Rev B (2013) 87 : 115301. DOI: 10.1103 / PhysRevB.87.115301

CrossRef Полный текст | Google Scholar

56. Винклер Р. Эффекты спин-орбитальной связи в двумерных электронных и дырочных системах .Берлин; Гейдельберг: Springer-Verlag (2006).

Вращающаяся рамка — Вопросы и ответы в МРТ

Поворотная рама


Что такое вращающаяся система отсчета?

Вращающаяся система отсчета — это концепция, используемая для упрощения сложного движения прецессирующих спинов до, во время или после ВЧ-возбуждения.В замедленной съемке не так сложно проследить за намагниченностью ( M ), прецессирующей около Bo . Однако в реальном времени движение выглядит размытым.

Прецессия намагниченности (M) вокруг Bo в замедленном движении.

В реальном времени из-за прецессии на многих МГц M выглядит как нечеткое пятно.

Причина, по которой M выглядит размытым в реальном времени, заключается в том, что мы смотрим на систему со стационарной точки зрения, которая называется лабораторной системой отсчета .Как будто мы стоим в комнате, изображенной ниже, пытаясь прочитать этикетку на пластинке, вращающейся на проигрывателе. (Эта старая аналогия имела смысл для тех из нас, кто учился в аспирантуре 30 лет назад; возможно, она менее актуальна для более молодого поколения ученых!)

Лабораторная система отсчета (x-y-z) по сравнению с вращающейся системой отсчета (x’-y’-z ‘). Адаптировано из Фукусимы и Редера.

Пока мы остаемся в системе отсчета lab ( x-y-z ), движение букв на этикетке остается размытым.Однако, если бы мы «запрыгнули» на поворотный стол и посмотрели вниз, буквы теперь казались бы неподвижными и легко читаемыми. «Прыгая на поворотный стол», мы преобразовали нашу точку зрения во вращающуюся систему координат . Математически это эквивалентно использованию новой системы координат ( x ‘-y’-z’) . Если это все еще немного сбивает с толку, возможно, вам помогут еще несколько примеров.

Во-первых, мы уже живем и работаем во вращающейся системе отсчета — Земля вращается вокруг своей оси! Если смотреть из космоса, Земля имеет сложное движение (вращение вокруг собственной оси и вращение вокруг Солнца).Итак, если мы попытаемся описать движение объекта на Земле, используя перспективу из космоса, это будет сложно сделать. Но поскольку мы уже едем по вращающейся Земле, движение объектов на Земле значительно упрощается.

Другой знакомый пример — наблюдение и катание на карусели:

Карусель вид из лабораторной рамы

Карусель, вид со стороны вращающейся рамы

Немного другой (но эквивалентный) способ думать о вращающейся рамке — это рассматривать систему со стробоскопом, пульсирующим с частотой Лармора.При каждой вспышке строба M будет загораться в одном и том же месте на своем пути, делая его неподвижным.

Строб выключен. M выглядит размытым из-за быстрого движения.

Строб включен! Вспышка строба, синхронизированного с частотой Лармора, загорается M точно в одно и то же время в каждом цикле, делая его неподвижным.

Зачем возиться с вращающейся рамой? Если мы ограничим наше обсуждение простой прецессией M вокруг Bo , то, кажется, будет небольшое преимущество.Однако, когда мы начинаем рассматривать эффекты других магнитных полей (например, B1, ) или динамические изменения фазы или величины (например, с релаксацией T1 или T2), внезапно движение M становится очень сложным, если смотреть только со стороны лабораторная система координат. В этих случаях мы обнаружим, что перспектива вращающейся рамы важна для понимания сложного движения M .

Используя метод вращающейся рамки, давайте проанализируем, что происходит с M или отдельными спинами, когда поле B1 применяется с частотой, которая точно соответствует прецессии Лармора.

Применение вращающегося / колеблющегося поля B1 с ларморовской частотой, если смотреть со стороны лабораторной рамы.

На этой диаграмме показано приложение вращающегося / колеблющегося поля B1 к спиновой системе. Если смотреть из лабораторной рамы, поле B1 и спины вращаются быстро. Стрелка B1 на плоскости показана в одном положении только для ясности, но она вращается так же быстро, как и вращение, и также должна быть размытой.

Вращающаяся рамка на ларморовской частоте.


Изображение слева — это система, просматриваемая во вращающемся кадре, где поворот кадра соответствует частоте Лармора. То есть рамка вращается точно с той же скоростью, что и B1 , отдельные вращения и M .)

Это дает стробоскопический снимок «стоп-действия», который позволяет нам четко оценить прямой эффект B1 имеет на M.

Три очень Следует отметить интересные особенности системы во вращающейся рамке:

1) Эффект основного поля ( Bo ) исчез . Во вращающейся рамке больше не происходит прецессия M (и отдельных его спинов) вокруг Bo . Все «заморожено» на месте, поэтому создается впечатление, что Bo больше не существует. На схеме это показано как затухание зеленого полюса магнита Bo .

2) Поле B1 больше не вращается, но выглядит статичным . B1 зафиксирован в фиксированном соотношении с вращающейся рамой. На диаграмме мы произвольно разместили B1 вдоль оси x ‘. Однако, регулируя фазу его передачи, мы могли бы заблокировать его по оси y ‘ или в любом другом направлении в поперечной плоскости.

3) M начало новую прецессию около B1 .Поскольку Bo больше не существует в этой системе отсчета, единственным магнитным полем, действующим на M , является теперь стационарное поле B1 . Таким образом, M будет прецессировать вокруг B1 с частотой f1 = γ B1 . Поскольку B1 обычно составляет всего одну миллионную силу Bo , прецессия M вокруг B1 будет относительно медленной (измеряется в Гц, а не в МГц).

Ссылки
Fukushima E, Roeder SBW.Экспериментальный импульсный ЯМР. Подходят гайки и болты. Ридинг, Массачусетс: Аддисон-Уэсли, 1981. (Классическая книга, которая давно вышла из печати, ее использовали почти все ЯМР-ученые моего поколения.)
Киллер Дж. Векторная модель. Из The Keeler Group, Лекции Джеймса Киллера, 2004 г. (http://www-keeler.ch.cam.ac.uk/lectures/)
Раби II, Рэмси Н.Ф., Швингер Дж. Использование вращающихся координат в задачах магнитного резонанса. Rev Mod Phys 1954; 26 (2): 167-171.
Redfield AG. Насыщение ядерного магнитного резонанса и вращательное насыщение в твердых телах.Phys Rev 1955; 98: 1787-1809. (Эта статья, считающаяся одной из самых важных в раннем ЯМР, показала, что уравнения Блоха, хотя и точны для жидкостей, нарушают второй закон термодинамики в твердых телах. Редфилд расширяет здесь концепцию вращающейся системы отсчета, что приводит к лучшему пониманию упорядочения спинов. , Спиновая блокировка и адиабатические явления.)

2-1-3. Скорость вращения двигателя постоянного тока и противодействующая электродвижущая сила

Рис. 2.6 Двигатель становится генератором Рис.2.7 Правило правой руки Флеминга
e = BLv …… (2.5)
e: Генерируемое напряжение, противодействующее электродвижущей силе
[В] B: Магнитная плотность потока
[Тл]
L: Длина провода в поле [м] v:
скорость [м / с] Рис. 2.8 Скорость вращения и генерируемое напряжение
(противоэлектродвижущая сила
)

Подключите два двигателя, как показано на рис.2.6. Подключите миниатюрную лампу к одному из двигателей, а другой двигатель — к источнику питания и проверните двигатель. Загорится миниатюрная лампа.

Из этого эксперимента вы узнаете, что двигатель постоянного тока может генерировать энергию .

Теперь мы перемещаем провод поперек поля со скоростью v, не запитывая двигатель, как показано на рис. 2.7. Узнаем, что в проводе генерируется напряжение е. Сравним это с предыдущим рис. 2.2.

Направление напряжения определяется правилом правой руки Флеминга .Направление тока противоположно направлению тока, показанному на рис. 2.2. Поскольку эта функция снижает ток, она называется противоэлектродвижущей силой. Предполагая, что провод является частью обмотки двигателя, мы можем выразить скорость провода v как v = ωR, обратившись к рис. 2.3. Следовательно, противодействующая электродвижущая сила, возникающая в этом проводе, будет выражена в соответствии со следующим уравнением:

е = BLRω …… (2,6)

ω: Скорость вращения [рад / с] R: Радиус поворота [м]

Это означает, что противоэлектродвижущая сила пропорциональна скорости вращения ω.

В случае реального двигателя постоянного тока противоэлектродвижущие силы, действующие на все катушки, объединяются и возникают между выводами.

Поскольку он также пропорционален скорости вращения, он выражается с помощью постоянной обратной ЭДС K E .

e = K E ω …… (2,7)

e: Напряжение, генерируемое на клеммах двигателя (противоэлектродвижущая сила) [В]

K E : Константа обратной ЭДС [Vs / рад]

ω: Скорость вращения [рад / с]

Когда вы измеряете эту взаимосвязь на реальном двигателе, она образует чистую прямую линию, как показано на рис.2.8.

На самом деле, постоянная противо-ЭДС K E и постоянная крутящего момента K T — это одно и то же, что можно проверить следующим образом:

Предположим, что количество витков катушки равно N, соотношение между генерируемым напряжением e и постоянной обратной ЭДС K E будет следующим:

e = 2RNBLω = K E ω …… (2,8)

Здесь, подставляя уравнение (2.7) для K T = 2RNBL уравнения (2.4) и деля обе части на ω, получаем

K T = K E …… (2.9).

Если K T и K E одинаковы для двигателей постоянного тока, что это будет значить?

Проще говоря, это означает, что двигатель — это двунаправленный преобразователь энергии между электричеством и машиной.

Мы можем интерпретировать, что правило левой руки Флеминга рассматривает преобразование энергии в направлении «электричество в машину», коэффициент преобразования которого составляет K T .

Между тем, правило правой руки Флеминга рассматривает его в направлении «машина в электричество», коэффициент преобразования которого будет K E .

Таким образом, K T и K E — это одно и то же. Однако в этой книге мы продолжим использовать K T и K E по отдельности, чтобы четко указать направление преобразования.

фиктивных сил и неинерциальных рамок: сила Кориолиса

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Обсудите инерциальную систему отсчета.
  • Обсудите неинерциальную систему отсчета.
  • Опишите действие силы Кориолиса.

Что общего между взлетом на реактивном самолете, поворотом на автомобиле, каруселью и круговым движением тропического циклона? Каждый из них демонстрирует фиктивные силы — нереальные силы, которые возникают в результате движения и могут показаться реальными, потому что система отсчета наблюдателя ускоряется или вращается.

Большинство людей согласятся, что при взлете на реактивном самолете создается ощущение, будто вас толкают обратно в кресло, когда самолет ускоряется по взлетно-посадочной полосе.Тем не менее, физик сказал бы, что вы, , склонны оставаться неподвижными, в то время как сиденье , толкает вас вперед, и на вас нет реальной силы, направленной назад. Еще более распространенный опыт происходит, когда вы делаете крутой поворот на своей машине — скажем, вправо. Вы чувствуете, как будто вас отбрасывает (то есть принудительно ) влево относительно машины. Опять же, физик сказал бы, что , вы, , едете по прямой, а автомобиль , движется вправо, и на вас нет реальной силы слева.Вспомните первый закон Ньютона.

Рис. 1. (a) Водитель автомобиля чувствует себя вынужденным влево по отношению к автомобилю при повороте направо. Это фиктивная сила, возникающая в результате использования автомобиля в качестве системы отсчета. (б) В земной системе координат водитель движется по прямой, подчиняясь первому закону Ньютона, и машина движется вправо. Слева от водителя относительно Земли нет реальной силы. Справа на машину есть реальная сила, заставляющая ее повернуть.

Мы можем согласовать эти точки зрения, исследуя используемые системы координат. Давайте сконцентрируемся на людях в машине. Пассажиры инстинктивно используют автомобиль в качестве ориентира, в то время как физик использует Землю. Физик выбирает Землю, потому что это почти инерциальная система отсчета, в которой все силы реальны (то есть, в которой все силы имеют идентифицируемое физическое происхождение). В такой системе отсчета законы движения Ньютона принимают форму, данную в книге «Динамика: законы движения Ньютона». Автомобиль является неинерциальной системой отсчета , потому что он ускоряется в сторону.Сила слева, которую ощущают пассажиры автомобиля, представляет собой фиктивную силу , не имеющую физического происхождения. Нет ничего, что могло бы толкнуть их влево — машина, как и водитель, на самом деле ускоряется вправо.

Давайте теперь мысленно прокатимся на карусели, а именно на быстро вращающейся игровой площадке. Вы берете карусель в качестве системы отсчета, потому что вы вращаетесь вместе. В этой неинерциальной системе координат вы чувствуете фиктивную силу, названную центробежной силой (не путать с центростремительной силой), которая пытается сбить вас с толку.Вы должны держаться крепко, чтобы противодействовать центробежной силе. В земной системе координат нет силы, пытающейся сбить вас с толку. Скорее, вы должны держаться, чтобы заставить себя двигаться по кругу, потому что иначе вы бы пошли по прямой прямо с карусели.

Рисунок 2.

На рис. 2а. Всадник на карусели чувствует себя так, как будто его сбивают с толку. Эта фиктивная сила называется центробежной силой — она ​​объясняет движение всадника во вращающейся системе отсчета.(b) В инерциальной системе отсчета и согласно законам Ньютона его уносит инерция, а не реальная сила (у незатененного всадника F ​​ net = 0 и он движется по прямой линии). Реальная сила, F ​​ центростремительная , необходима для создания круговой траектории.

Этот инерционный эффект, уносящий вас от центра вращения, если нет центростремительной силы, вызывающей круговое движение, хорошо используется в центрифугах (см. Рисунок 3).Центрифуга вращает образец очень быстро, как упоминалось ранее в этой главе. Если смотреть из вращающейся системы координат, фиктивная центробежная сила выбрасывает частицы наружу, ускоряя их осаждение. Чем больше угловая скорость, тем больше центробежная сила. Но на самом деле происходит то, что инерция частиц переносит их по касательной к окружности, в то время как пробирка движется по круговой траектории под действием центростремительной силы.

Рис. 3. Центрифуги работают по инерции.Частицы в жидком осадке выходят наружу, потому что их инерция уносит их от центра вращения. Большая угловая скорость центрифуги ускоряет осаждение. В конечном итоге частицы войдут в контакт со стенками пробирки, которые затем создадут центростремительную силу, необходимую для того, чтобы заставить их двигаться по кругу постоянного радиуса.

Давайте теперь рассмотрим, что происходит, если что-то движется в вращающейся системе отсчета. Например, что, если вы сдвинете мяч прямо от центра карусели, как показано на рисунке 4? Мяч движется по прямой траектории относительно Земли (при незначительном трении) и по изогнутой вправо траектории на поверхности карусели.Человек, стоящий рядом с каруселью, видит, как мяч движется прямо, а под ним вращается карусель. В системе отсчета карусели мы объясняем кажущуюся кривую вправо с помощью фиктивной силы, называемой силой Кориолиса , которая заставляет мяч изгибаться вправо. Вымышленная сила Кориолиса может быть использована кем угодно в этой системе отсчета, чтобы объяснить, почему объекты следуют изогнутыми путями, и позволяет нам применять законы Ньютона в неинерциальных системах отсчета.

Рис. 4. Посмотрев вниз на вращение карусели против часовой стрелки, мы видим, что шар, скользящий прямо к краю, следует по изогнутой вправо траектории. Человек перемещает мяч в направлении точки B, начиная с точки A. Обе точки поворачиваются в затемненные положения (A ‘и B’), показанные в то время, когда мяч следует изогнутой траектории во вращающейся рамке и прямой траектории в рамке Земли. .

До сих пор мы считали Землю инерциальной системой отсчета, практически не беспокоясь о эффектах, связанных с ее вращением.Однако такие эффекты и существуют — например, во вращении погодных систем. Большинство последствий вращения Земли качественно можно понять по аналогии с каруселью. Если смотреть сверху на Северный полюс, Земля вращается против часовой стрелки, как и карусель на рисунке 4. Как и в карусели, любое движение в северном полушарии Земли испытывает силу Кориолиса вправо. Прямо противоположное происходит в южном полушарии; там сила слева. Поскольку угловая скорость Земли мала, силой Кориолиса обычно можно пренебречь, но для крупномасштабных движений, таких как характер ветра, она оказывает существенное влияние.

Сила Кориолиса заставляет ураганы в северном полушарии вращаться против часовой стрелки, в то время как тропические циклоны (так называемые ураганы ниже экватора) в южном полушарии вращаются по часовой стрелке. Термины ураган, тайфун и тропический шторм являются региональными названиями тропических циклонов, штормовых систем, характеризующихся центрами низкого давления, сильными ветрами и проливными дождями. Рисунок 5 помогает показать, как происходят эти вращения. Воздух течет в любую область низкого давления, а тропические циклоны имеют особенно низкое давление.Таким образом, ветры движутся к центру тропического циклона или погодной системы низкого давления на поверхности. В северном полушарии эти внутренние ветры отклоняются вправо, как показано на рисунке, создавая циркуляцию против часовой стрелки на поверхности для зон низкого давления любого типа. Низкое давление на поверхности связано с поднимающимся воздухом, который также вызывает охлаждение и образование облаков, что делает картины низкого давления вполне заметными из космоса. И наоборот, циркуляция ветра вокруг зон высокого давления в северном полушарии происходит по часовой стрелке, но она менее заметна, потому что высокое давление связано с опусканием воздуха, обеспечивающим чистое небо.

Вращение тропических циклонов и траектория шара на карусели также могут быть объяснены инерцией и вращением системы под ним. Когда используются неинерциальные системы отсчета, необходимо изобретать фиктивные силы, такие как сила Кориолиса, чтобы объяснить искривленную траекторию. У этих фиктивных сил нет физического источника. В инерциальной системе отсчета инерция объясняет путь, и не обнаруживается сила без идентифицируемого источника. Любая точка зрения позволяет нам описывать природу, но взгляд в инерциальной системе координат является самым простым и верным в том смысле, что все силы имеют реальное происхождение и объяснения.

Рис. 5. (a) Вращение этого урагана в северном полушарии против часовой стрелки является главным следствием силы Кориолиса. (Фото: НАСА) (б) Без силы Кориолиса воздух поступал бы прямо в зону низкого давления, например, в тропических циклонах. (c) Сила Кориолиса отклоняет ветер вправо, производя вращение против часовой стрелки. (d) Ветер, выходящий из зоны высокого давления, также отклоняется вправо, вызывая вращение по часовой стрелке. (e) Противоположное направление вращения создается силой Кориолиса в южном полушарии, что приводит к тропическим циклонам.(кредит: НАСА)

Сводка раздела

  • Вращающаяся и ускоренная системы отсчета не инерционны.
  • Фиктивные силы, такие как сила Кориолиса, необходимы для объяснения движения в таких системах отсчета.

Концептуальные вопросы

  1. Когда смывают воду из туалета или раковину, вода (и другие материалы) по пути вниз начинают вращаться вокруг слива. Предполагая, что начального вращения нет и поток изначально направлен прямо к водостоку, объясните, что вызывает вращение и какое направление оно имеет в северном полушарии.(Обратите внимание, что это небольшой эффект, и в большинстве туалетов вращение вызывается направленными водяными струями.) Будет ли направление вращения измениться на противоположное, если вода будет вытесняться в канализацию?
  2. Существует ли реальная сила, отбрасывающая воду с одежды во время отжима в стиральной машине? Объясните, как удаляется вода.
  3. Во время одной поездки в парке развлечений гонщики входят в большую вертикальную бочку и становятся у стены на ее горизонтальном полу. Бочка раскручивается, и пол падает.Всадники чувствуют себя так, как будто они прижаты к стене силой, похожей на силу гравитации. Это фиктивная сила, воспринимаемая и используемая гонщиками для объяснения событий во вращающейся системе отсчета ствола. Объясните в инерциальной системе отсчета (Земля почти такая), что прижимает всадников к стене, и определите все действительные силы, действующие на них.
  4. Действие на расстоянии, такое как гравитация, когда-то считалось нелогичным и, следовательно, неверным. Что является решающим фактором истины в физике и почему это действие в конечном итоге было принято?
  5. Два друга разговаривают.Анна говорит, что спутник на орбите находится в свободном падении, потому что спутник продолжает падать на Землю. Том говорит, что спутник на орбите не находится в свободном падении, потому что ускорение свободного падения не равно 9,80 м / с 2 .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.