Школа повышения водительского мастерства

Гироскоп

Гироскоп - (от греч. gyros - круг, gyreuo - кружусь, вращаюсь и греч. skopeo - смотрю), быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого может изменять своё направление в пространстве. Гироскоп обладает рядом интересных свойств, наблюдаемых у вращающихся небесных тел, у артиллерийских снарядов, у детского волчка, у роторов турбин, установленных на судах, и др. На свойствах гироскопа основаны разнообразные устройства или приборы, широко применяемые в современной технике для автоматического управления движением самолётов, морских судов, ракет, торпед и др. объектов, для определения горизонта или географического меридиана, для измерения поступательных или угловых скоростей движущихся объектов (например, ракет) и многое др.

Свойства гироскопа проявляются при выполнении двух условий:
1) ось вращения Г. должна иметь возможность изменять своё направление в пространстве;
2) угловая скорость вращения Г. вокруг своей оси должна быть очень велика по сравнению с той угловой скоростью, которую будет иметь сама ось при изменении своего направления.

Простейшим гироскопом является детский волчок, быстро вращающийся вокруг своей оси. Ось может изменять своё положение в пространстве, поскольку её конец не закреплен. У гироскопов, применяемых в технике, свободный поворот оси гироскопа можно обеспечить, закрепив её в рамках (кольцах) т.н. карданова подвеса, позволяющего оси занять любое положение в пространстве. Такой гироскоп имеет 3 степени свободы: он может совершать 3 независимых поворота вокруг осей, пересекающихся в центре подвеса, который остаётся по отношению к основанию неподвижным. Если центр тяжести гироскопа совпадает с центром, то гироскоп называется астатическим (уравновешенным), в противном случае - тяжёлым.

Первое свойство уравновешенного гироскопа с тремя степенями свободы состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное ей первоначальное направление. Если эта ось вначале направлена на какую-нибудь звезду, то при любых перемещениях основания прибора и случайных толчках она будет продолжать указывать на эту звезду, меняя свою ориентировку относительно земных осей. Впервые это свойство гироскопа использовал французский учёный Л. Фуко для экспериментального доказательства вращения Земли вокруг её оси (1852). Отсюда и само название - "Гироскоп", что в переводе означает "наблюдать вращение".

Второе свойство гироскопа обнаруживается, когда на его ось (или рамку) начинают действовать сила или пара сил, стремящиеся привести ось в движение (т. е. создающие вращающий момент относительно центра подвеса). Под действием силы конец оси гироскопа будет отклонять не в сторону действия силы, как это было бы при невращающемся роторе, а в направлении, перпендикулярном к этой силе; в результате гироскоп вместе с рамкой начнёт вращаться вокруг оси, притом не ускоренно, а с постоянной угловой скоростью. Это вращение называется прецессией; оно происходит тем медленнее, чем быстрее вращается вокруг своей оси сам гироскоп. Если в какой-то момент времени действие силы прекратится, то одновременно прекратится прецессия и ось мгновенно остановится, т.е. прецессионное движение гироскопа безынерционно.