Unstable Top

A top of mass M is spinning about a fixed point under gravity, and its axis is vertical   but the angular velocity around its axis ω₃ is insufficient for stability in that position. The Lagrangian for a top is

Where θ, φ, ψ are the usual Euler angles, I₁ and I₃ are the moments of

Figure 1.1   

inertia about their respective axes, N is the line of nodes, and l is the distance from the point of the top O to the center of mass C (see Figure 1.1).

a) Derive all the first integrals of the motion and evaluate them in terms of the given initial conditions.

b) Show that the head will descend to an angle θ given by

c) Show that the time dependence of this θ is given by the solution of

You do not need to solve for θ(t).

SOLUTION

a) There are two integrals of motion in the generalized momenta p_φ, p_ѱ

(1)

(2)

where we used the fact that  is the angular velocity of the top around its axis. Applying the initial conditions to (1) and (2), we obtain

Another integral of motion is, of course, the energy; again using the initial conditions, we have

(3)

b) From (3) and using the condition that the head will descend to a maximum angle θ where  we have

(4)

On the other hand, from (1),

(5)

By equating  in (4) and (5) and using the half angle formulas

we get

c) Again using (3) and (5), we have

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مجموعة مشاتل الكفيل: إضافة نحو 70 نوعًا جديدًا من المغروسات تتناسب مع الظروف المناخية المحلية

المجمَع العلمي يطلق الدورة التطويرية الخامسة لمعلمي التربية الإسلامية ومدرسيها في النجف الأشرف

خدمات إنسانية متنوّعة تقدّمها شعبة الشهداء والجرحى في مختلف المحافظات

قسم العلاقات العامة يطلق فعاليات مخيم البذرة الواعدة الخاص بأبناء المنتسبين

المزيد

الآخبار الصحية

اختراق علمي.. دواء يؤخر ظهور السكري من النوع الأول لسنوات

هذا ما يحدث لجسمك إن أهملت نظافة فراشك

لماذا تعتبر النساء أكثر عرضة للإصابة بألزهايمر من الرجال؟

لماذا يحذر الخبراء من الإفراط في تناول الفراولة؟

المزيد

الآخبار التكنلوجية

السيارات الكهربائية أنظف بنسبة 73% من سيارات الوقود

سيارة لوسِد الكهربائية تدخل "غينيس" بأطول مدى في العالم

نظرية جديدة تنسف كل ما نعرفه عن تشكل أول قارة في الأرض

منذ 37 ألف عام.. دراسة تكشف "أقدم أمراض" أصابت البشر

المزيد

مواضيع ذات صلة

جسيمات التماثل الفائق الفوتينوات ، سكواركات ..المادة الظل.. الأكسيونات ..إلخ .

ريادةالانسان للفضاء -قدرة الله في خلق الطيور(كيف الهمت الطيور الانسان )

التجريبية المنطقية وميكانيكا الكم: رؤية كاسيرر بين العلم والفلسفة

المفاهيم الفيزيائية بين الدقة العلمية والتأويل الفلسفي

"توحيد العلوم عبر استبعاد الميتافيزيقا

إرنست ماخ: توحيد الفيزياء عبر الإدراكات الحسية واستبعاد الميتافيزيقا

"الفيزياء بين الكلاسيكية والكم: من حتمية الأشياء إلى نسبية القوانين"

قوانين البقاء في الفيزياء The Conservation Laws of Physics

من كاسيرر إلى ميكانيكا الكم: تطور مفهوم السببية في الفيزياء والفلسفة

نظرة فلسفية لميكانيكا الكم: هل يمكن فهم الحياة بمفاهيم الفيزياء؟

الطول والزمن في النسبية: التحدي الفيزيائي للفلسفة التقليدية

نسبية الطول بين الفيزياء والفلسفة: أينشتاين في مواجهة فالين