Возникновение гироскопических сил в различных устройствах и

Гироскоп - это
любое тяжелое симметричное тело,
вращающееся вокруг оси симметрии с
большой угловой скоростью.
Свободный гироскоп
может поворачиваться
вокруг трех взаимно
перпендикулярных
осей, следовательно,
он обладает тремя
степенями свободы.
Свойства свободного гироскопа
1) сохраняет положение оси вращения в
пространстве
2) устойчив к ударным воздействиям
3) обладает необычной реакцией на действие
внешней силы (если сила стремится
повернуть гироскоп относительно одной оси,
то он поворачивается вокруг другой, ей
перпендикулярной)
4) безынерционен
Можно показать, что равен нулю и
момент однородного поля силы
тяжести Мт, в котором находится
гироскоп относительно его центра масс.
Действительно,
Mт = Σ [ri, mi·g] = Σ [mi·ri, g] = [m·rc, g] = 0,
где rc - радиус-вектор центра масс гироскопа;
ri и mi - радиус-вектор и масса i-й части
гироскопа.
Прецессией называется медленное
движение (поворот) оси
гироскопа в плоскости,
перпендикулярной приложенной силе.
Несвободный гироскоп
Если закрепить одно из колец
"карданова подвеса", то соответствующая
вращательная степень свободы исчезнет. Мы
получим гироскоп с двумя степенями
свободы. Его свойства совершенно другие.
При вращении гироскопа относительно одной
из осей он не будет "сопротивляться", т.е.
будет вести себя как обычный диск, одна из
осей которого закреплена в подшипниках
кольца.
Гироскопический эффект
Возникновение гироскопических сил в
различных устройствах и системах называется
гироскопическим эффектом.
• К отрицательным последствиям проявления этих
эффектов можно отнести разрушение механических
конструкций, содержащих массивные вращающиеся
детали.
• Гироскопические силы возникают в подшипниках при
попытке изменения положения осей различных
механических узлов, приведенных во вращение.
Например, в турбинах, колесах автомобилей,
пропеллерах самолетов и т.д.
Применение гироскопов
• В качестве компаса. Свободный гироскоп
сохраняет свою ориентацию в пространстве
(например, направление на Полярную звезду)
независимо от движения Земли и всевозможных
толчков. Заметим, что пользоваться этим
компасом можно только в течение ограниченного
времени, пока силы трения в подшипниках не
"уведут" ось гироскопа.
• В качестве автоматического устройства
управления курсом торпед. Ось
гироскопа сохраняет свое направление
на цель, в то время как ее ориентация
относительно корпуса торпеды может
меняться. В этом случае включаются
двигатели, производящие
переориентировку движения торпеды.
• В качестве автопилота в летательных
аппаратах. В данном случае
используются два гироскопа. Один
задает горизонтальную плоскость, а
второй - направление в этой плоскости.
• В качестве успокоителя качки на
кораблях.
• Несвободный гироскоп используется в
качестве гироскопического компаса
(компаса Фуко).