Тема 11. Гироскопы. Гироскопические явления

В буквальном переводе слово «гироскоп» означает прибор для обнаружения вращения. В широком смысле гироскопом называется массивное быстро вращающееся твердое тело. Гироскоп, в особенности когда на него действуют внешние силы, может совершать удивительные движения, кажущиеся на первый взгляд неожиданными и непонятными Они всегда воспринимаются с захватывающим интересом. Быстро вращающийся волчок может служить не только забавной игрушкой, но и прекрасным демонстрационным прибором при изучении движения гироскопов. Все явления, обусловленные быстрым вращением гироскопа, называются гироскопическими. Они нашли широкие научно-технические применения.

Наибольшее значение в науке и технике имеют симметричные гироскопы. Симметричным называется гироскоп, вращающийся вокруг собственной геометрической оси. Очевидно, что такой гироскоп должен иметь объемно-симметричную форму.

Любой гироскоп в процессе вращение имеет точку опоры. Точкой опоры гироскопа называют точку, относительно которой происходит вращение гироскопа. В зависимости от предназначения гироскопа, его точка опоры может быть может быть или закрепленной, или движущейся. Примером гироскопа с движущейся точкой опоры является волчок (юла).

Чтобы ось гироскопа могла свободно поворачиваться в пространстве, гироскоп обычно помещают в так называемом кардановом подвесе.

Рис. 3.5 О При попытках вызвать поворот оси

гироскопа определенным образом возникают

так называемые гироскопические силы. С

О' О' наличием таких сил приходится считаться,

например, при конструировании паровых

турбин на судах. Ротор турбины представляет

собой гироскоп, ось вращения которого

О параллельна оси судна ОО. При килевой (продольной) качке судна происходит принудительный поворот оси турбины вокруг прямой О'О'(см. рис.3.5), перпендикулярной оси ротора. Это приводит к возникновению гироскопических сил и , обусловливающих дополнительное, подчас значительное, давление оси на подшипники. Это требует специальных решений при конструировании турбины.

К материалам, из которых изготавливаются гироскопы для гироскопических приборов, предъявляются особые требования. Они должны быть изготовлены из очень прочного вещества, поскольку при высоких скоростях вращения велики центробежные силы. И при недостаточной прочности материала гироскоп просто развалится, и прибор выйдет из строя.

Рис. 3.6 Когда вращение гироскопа сопровож-

дается воздействием каких-либо внешних сил,

наблюдается так называемая прецессия гиро-

гироскопа. Прецессия – это движение оси

гироскопа, происходящее таким образом,

что ось описывает конус (см. рис. 3.5). Для

технических устройств, в которых использу-

ются гироскопы, прецессия – явление пара-

зитное (т.е. вредное, снижающее КПД),

поэтому ее всегда стараются свести к мини-

муму.

Кстати, планеты тоже являются массивными вращающимися телами, а потому тоже являются гироскопами. Конечно, скорость их вращения невелика, но, тем не менее, все сопутствующие гироскопические явления тоже имеют место. В том числе и прецессия.

Для внешнего наблюдателя свободная прецессия планеты представляется как движение по конусу оси симметрии планеты вокруг неподвижной оси вращения. Если планету рассматривать отдельно от окружающих ее небесных тел, то можно теоретически вычислить период так называемой свободной прецессии. В частности расчетное значение периода свободной прецессии равен 305 суток. Но реальный период существенно отличается от теоретического, т.к. Земля подвергается ощутимому гравитационному воздействию со стороны Солнца, Луны и других планет. Причем оно все время изменяется, поскольку все эти тела пребывают в постоянном движении. Например, так называемый период астрономической прецессии Земли равен 25800 лет!

А задумывались ли Вы, для чего в современном боевом огнестрельном оружии используют нарезной ствол? Для того, чтобы пулю превратить в гироскоп! При прохождении через ствол пуля «раскручивается»; находясь в полете, пуля вращается и тем самым увеличивается дальность ее полета и уменьшается отклонение от первоначально заданного курса.

Эти примеры показывает, что гироскоп – не обязательно какое-то специально изготовленное тело. Им может стать любое твердое симметричное тело – достаточно его просто заставить вращаться.

Дата добавления: 2015-10-21