Гироскоп

Функции гироскопа

Зачем нужен гироскоп в смартфоне? Применение датчика открывает следующие возможности. В первую очередь благодаря элементарному встряхиванию мобильного телефона пользователь способен быстро ответить на входящий звонок. Гироскоп позволяет просматривать изображения, переключать аудиозаписи в плеере, облегчает переворачивание страниц во время просмотра текстовых документов.

Еще зачем гироскоп в смартфоне? Чрезвычайно удобным модуль становится при использовании калькулятора. Благодаря отклонению гаджета в ту или иную сторону можно выбирать функции умножения, деления, вычитать и слагать значения.

Разработчики мобильных устройств нашли применение гироскопу также при работе с различными приложениями и программным обеспечением. При встряхивании некоторых устройств автоматически происходит обновление Bluetooth. Очень удобным наличие модуля становится при необходимости измерения уровней и углов наклона.

Гироскоп незаменим в случае работы с электронными картами. Модуль дает возможность определять точное положение пользователя на определенной местности. При запуске навигатора карта будет менять положение вслед за поворотом человека. Если пользователь развернется лицом к тому или иному объекту, это сразу же отобразится на визуальной схеме. Такая функция будет крайне полезной для людей, которые увлекаются активным отдыхом, в частности путешествиями и ориентированием на местности.

Без гироскопа не могут обойтись любители мобильных игр. Функциональный модуль способствует созданию более реалистичной картинки и облегчает управление. Особенно правдоподобными благодаря гироскопу становятся всевозможные симуляторы, шутеры, трехмерные бродилки. Чтобы езда на виртуальной машине либо полет на самолете казались более реальными, достаточно изменения положения смартфона в одной из плоскостей.

Если пользователь мобильного телефона в дальнейшем планирует использовать шлем виртуальной реальности, в таком случае наличие гороскопа выступает обязательным условием. Без датчика станет невозможным отслеживание системой смартфона поворотов головы, перемещения человека в пространстве.

Где еще применяют гироскоп

Прибор получил применение:

  • в навигационной системе;
  • для стабилизации оборудования, подверженного вибрациям;
  • в автоэлектронике: видеорегистраторах, охранной сигнализации, беспилотных механизмах;
  • в спутниковых тарелках;
  • в офисной технике;
  • в бытовых электронных устройствах (например, диск СВЧ вращается с помощью гироскопа);
  • в системах реагирования на опасности.

Гиродатчик применяют и в стабилизаторах для камеры. Предназначены они для компенсирования движений во время съемки фото и видео по двум или трем осям. В основе принципа работы стабилизатора камеры лежат сложные электромеханические гироскопы.

Принцип действия приспособления предполагает применение его в авиации, судоходстве и космонавтике. Любое судно, которое ходит на далекие расстояния, оснащено гирокомпасом. Для чего он нужен? Для автоматизированного управления на борту или работы в ручном режиме.

Военные корабли оборудованы целой системой гироскопов. Она координирует боеготовность морской артиллерии. В обязательном порядке этими механизмами оснащаются воздушные судна. В летательном аппарате датчики отвечают за информированность экипажа о работе навигации, а также системы стабилизации.

При покупке VR-шлема для дальнейшего сопряжения со смартфоном, наличие свободного гироскопа в нем — самая нужная позиция. Датчик в состоянии следить за поворотами головы, перемещая виртуальный взгляд в том направлении, в котором смотрят глаза пользователя.

Гироскоп на Андроиде применяется для изучения звездного неба. Если в телефоне осуществлена настройка специального приложения, то смартфон посредством камеры будет ориентироваться в сторонах света. Приложение отобразит наименования созвездий в поле зрения телефона.

Гироскоп – полезное изобретение, функционал которого расширяется вместе с техническим прогрессом.

Применение

Гироскопы выступают в качестве датчиков вращения. Поэтому их используют в инерциальных системах навигации, где не срабатывают магнитные компасы (как в космическом телескопе Хаббл) или не отвечают точности. Также они необходимы для стабилизации летательных аппаратов, вроде радиоуправляемых вертолетов или беспилотных.

Количество вращательной кинематики
  • Угловое положение — Тета
  • Угловая скорость — Омега
  • Угловое ускорение — Альфа
Угловое ускорение
Вращательная кинематика
Динамика
Вращательная кинетическая энергия
  • Вращательная кинетическая энергия: работа, энергия и мощность
  • Момент инерции
Сохранение углового момента
  • Сохранение углового момента
  • Вращательные столкновения
Векторная природа вращательной кинематики
  • Угловые величины как векторы
  • Гироскопы
Решение проблем
Линейные и вращательные величины
Сохранение энергии

5. Примечания

  1. Johann G. F. Bohnenberger (1817) «Beschreibung einer Maschine zur Erläuterung der Gesetze der Umdrehung der Erde um ihre Axe, und der Veränderung der Lage der letzteren» («Описание машины для объяснения законов вращения Земли вокруг своей оси и изменения направления последней») Tübinger Blätter für Naturwissenschaften und Arzneikunde, vol. 3, pages 72-83. В интернете: http://www.ion.org/museum/files/File_1.pdf — www.ion.org/museum/files/File_1.pdf
  2. Simeon-Denis Poisson (1813) «Mémoire sur un cas particulier du mouvement de rotation des corps pesans» («Статья об особом случае вращательного движения массивных тел»), Journal de l’École Polytechnique, vol. 9, pages 247—262. В интернете: http://www.ion.org/museum/files/File_2.pdf — www.ion.org/museum/files/File_2.pdf
  3. Фото гироскопа Боненбергера: http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24 — www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24
  4. Walter R. Johnson (January 1832) «Description of an apparatus called the rotascope for exhibiting several phenomena and illustrating certain laws of rotary motion, » The American Journal of Science and Art, 1st series, vol. 21, no. 2, pages 265—280. В интернете: http://books.google.com/books?id=BjwPAAAAYAAJ&pg=PA265&lpg=PR5&dq=Johnson+rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html — books.google.com/books?id=BjwPAAAAYAAJ&pg=PA265&lpg=PR5&dq=Johnson rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html
  5. Illustrations of Walter R. Johnson’s gyroscope («rotascope») appear in: Board of Regents, Tenth Annual Report of the Board of Regents of the Smithsonian Institution…. (Washington, D.C.: Cornelius Wendell, 1856), pages 177—178. В интернете: http://books.google.com/books?id=fEyT4sTd7ZkC&pg=PA178&dq=Johnson+rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html — books.google.com/books?id=fEyT4sTd7ZkC&pg=PA178&dq=Johnson rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html
  6. Wagner JF, «The Machine of Bohnenberger, » The Institute of Navigation. В интернете: http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24 — www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24
  7. L. Foucault (1852) «Sur les phénomènes d’orientation des corps tournants entraînés par un axe fixe à la surface de la terre, » Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des Sciences (Paris), vol. 35, pages 424—427. В интернете: http://www.bookmine.org/memoirs/pendule.html — www.bookmine.org/memoirs/pendule.html . Scroll down to «Sur les phénomènes d’orientation …»
  8. (1) Julius Plücker (September 1853) «Über die Fessel’sche rotationsmachine, » Annalen der Physik, vol. 166, no. 9, pages 174—177; (2) Julius Plücker (October 1853) «Noch ein wort über die Fessel’sche rotationsmachine, » Annalen der Physik, vol. 166, no. 10, pages 348—351; (3) Charles Wheatstone (1864) «On Fessel’s gyroscope, » Proceedings of the Royal Society of London, vol. 7, pages 43-48. В интернете: http://books.google.com/books?id=CtGEAAAAIAAJ&pg=RA1-PA307&lpg=RA1-PA307&dq=Fessel+gyroscope&source=bl&ots=ZP0mYYrp_d&sig=DGmUeU4MC8hAMuBtDSQn4GpAyWc&hl=en&ei=N4s9SqOaM5vKtgf62vUH&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=9 — books.google.com/books?id=CtGEAAAAIAAJ&pg=RA1-PA307&lpg=RA1-PA307&dq=Fessel gyroscope&source=bl&ots=ZP0mYYrp_d&sig=DGmUeU4MC8hAMuBtDSQn4GpAyWc&hl=en&ei=N4s9SqOaM5vKtgf62vUH&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=9 .
  9. Lynch D.D. HRG Development at Delco, Litton, and Northrop Grumman //Proceedings of Anniversary Workshop on Solid-State Gyroscopy (19-21 May, 2008. Yalta, Ukraine). — Kyiv-Kharkiv. ATS of Ukraine. 2009. — ISBN 978-976-02-5248-6.
  10. Sarapuloff S.A. 15 Years of Solid-State Gyrodynamics Development in the USSR and Ukraine: Results and Perspectives of Applied Theory //Proc. of the National Technical Meeting of US Institute of Navigation (ION) (Santa Monica, Calif., USA. January 14-16,1997). — P.151-164.
  11. Статья на сайте deepapple.com:«Тайна чипа AGD1 раскрыта, или Гироскоп iPhone 4 под рентгеном» — deepapple.com/news/37653.html
  12. Форум IT-профессионалов. Статья:«Гироскоп в смартфоне откроет окно в новое измерение» — habrahabr.ru/blogs/games/95788/

Типы угломеров по принципу измерения

В зависимости от использованного способа угловых измерений, устройства разделяют на несколько типов:

Механические

Широко распространенные в слесарном и столярном деле механические угломеры делят на два подвида:

  • простые, представляющие собой угловую шкалу-транспортир и закрепленную одним концом в начале координат линейку;
  • оборудованные нониусом- дополнительной шкалой для более точного считывания показаний.

Механический угломер

Измерения плоских углов проводятся контактным способом- инструмент следует плотно прижимать к поверхности.

Маятниковые

Кроме определения угла между двумя направлениями, позволяют также проводить угловые измерения относительно горизонта. В старинных конструкциях для этого использовали отвес, прямой угольник либо карданный подвес, в современных применяют конструкцию, стабилизирующее свое положение в пространстве за счет быстрого вращения ротора- гироскопа. Прибор позволяет быстро определить уклон поверхности, наклоны сторон сложных конструкций и т. п. Некоторые лазерные дальномеры могут определять положение линии горизонта, обрабатывая сигналы спутников GPS

Оптические

В устройствах этого типа одна (или обе) стороны угла обозначаются с помощью оптической системы, направляемой на маркерную точку на измеряемом объекте. Это средство дистанционного измерения. К ним относятся навигационные, горные, астрономические и многие строительные приборы.

Лазерные

Это наиболее совершенные на сегодняшний день приборы. Обычно их совмещают с лазерным дальномером, угловые измерения- это дополнительная функция большинства из них. Два или более лазерных луча направляются на точки, лежащие на сторонах измеряемого угла. Процессор проводит вычисления угловых значений и выводит их на дисплее устройства. Может измерять углы в любой плоскости, отсчитывать их от заданной пользователем системы координат.

Простейшие устройства используют механическую шкалу, на которой оператором поворачивается лимб с установленной лазерной указкой. Продвинутые обрабатывают отраженный сигнал лазера самостоятельно.

Лазерный угломер

Широко используются при разметке строительных площадок и промышленных конструкций. Если при ярком солнечном свете пятно засветки от лазерного луча плохо видно, применяют дополнительные усилители и отражатели.

Электронные

Вычисление значений проводится встроенным процессором. Результаты измерений выводятся на дисплей. Устройства позволяют запоминать результаты последних измерений, проводить вычисления на их основе: например, разницу двух измеренных углов. Такие устройства активно используются при разметке заготовок на машиностроительных и деревообрабатывающих производствах, при раскрое листовых и рулонных материалов.

Кроме того, в учебе, производстве, строительстве и в быту широко используются угломеры постоянных углов- это шаблоны, выполненные с фиксированным углом в 90, 30, 45, 60. С их помощью можно определить, равен или нет измеряемый угол зафиксированному в шаблоне значению.

Выбор угломера или что надо знать перед покупкой

На основании выше представленного описания можно принять соответствующее решение о том, какой тип инструмента предпочтительно купить. Зачастую выбор ложится на механические или цифровые приборы, за ними идут лазерные, и меньше всего популярностью пользуются среди домашних мастеров маятниковые и оптические приборы. Чтобы выбрать правильно измеритель, нужно учитывать следующие критерии:

  1. Материал изготовления — это может быть пластик, алюминий или сталь. Выбирать алюминиевые устройства нужно в самом крайнем случае, так как они отличаются непродолжительным эксплуатационным периодом
  2. Качество нанесения шкалы и исполнение инструмента в целом — визуально определяем, насколько качественным является этот прибор. Если он собирался не на заводе, а в подвале на «скорую руку», то это будет отчетливо видно. Выбирать такие модели не стоит
  3. Цена — хороший прибор будет стоить соответствующе. Если это механический инструмент из пластика, то купить его можно за 500-600 рублей, с нониусом устройства из стали стоят не менее 1500 рублей, а самые дорогие — это электронные и лазерные измерители

Подводя итог, необходимо отметить, что рассматриваемый вид измерительного прибора должен быть в арсенале у каждого мастера. С его помощью можно не просто измерить угол между двумя перпендикулярными поверхностями или конкретной детали, но еще и изготовить высокоточные заготовки и механизмы.

Недостатки

Но наличие в смартфоне гироскопа может обернуться минусом, да таким, что отдельные пользователи стараются сразу же отключить функциональный модуль. Речь идет о реакции некоторых приложений на изменения положения сотового телефона в пространстве со значительным запозданием.

Сравнительным недостатком наличия гироскопа в смартфоне выступают неудобства, которые способны возникать при чтении электронной книги. Если пользователь произвольно меняет позу, датчик тут же преобразит ориентацию странички в соответствующей плоскости. Подобные моменты обычно вызывают раздражение.

2.5 Перспективы развития гироскопического приборостроения

В настоящее время разрабатывается система навигационных спутников третьего поколения. Она позволит определять координаты объектов на поверхности Земли с точностью до единиц сантиметров в дифференциальном режиме, при нахождении в зоне покрытия корректирующего сигнала DGPS. При этом якобы отпадает необходимость в использовании курсовых гироскопов. Например, установка на крыльях самолета двух приёмников спутниковых сигналов, позволяет получить информацию о повороте самолёта вокруг вертикальной оси.

Однако системы спутниковой навигационной системы оказываются неспособны точно определять положение в городских условиях, при плохой видимости спутников. Подобные проблемы обнаруживаются и в лесистой местности. Кроме того прохождение сигналов навигационной системы зависит от процессов в атмосфере, препятствий и переотражений сигналов. Автономные же гироскопические приборы работают в любом месте — под землёй, под водой, в космосе. В самолётах спутниковая навигационная система оказывается точнее инерциальную навигационную систему на длинных участках. Но использование двух спутниковых навигационных — приёмников для измерения углов наклона самолета даёт погрешности до нескольких градусов. Подсчёт курса путём определения скорости самолёта с помощью этой системы также не является достаточно точным. Поэтому, в современных навигационных системах оптимальным решением является комбинация спутниковых и гироскопических систем, называемая интегрированной системой.

За последние десятилетия, эволюционное развитие гироскопической техники подступило к порогу качественных изменений

Именно поэтому внимание специалистов в области гироскопии сейчас сосредоточилось на поиске нестандартных применений таких приборов. Открылись совершенно новые интересные задачи: геологоразведка, предсказание землетрясений, сверхточное измерение положений железнодорожных путей и нефтепроводов, медицинская техника и многие другие

Заключение

Почти каждое морское судно дальнего плавания снабжено гирокомпасом для ручного или автоматического управления судном, некоторые оборудованы гиростабилизаторами. В системах управления огнем корабельной артиллерии много дополнительных гироскопов, обеспечивающих стабильную систему отсчета или измеряющих угловые скорости. Без гироскопов невозможно автоматическое управление торпедами. Самолеты и вертолеты оборудуются гироскопическими приборами, которые дают надежную информацию для систем стабилизации и навигации. К таким приборам относятся авиагоризонт, гировертикаль, гироскопический указатель крена и поворота. Гироскопы могут быть как указывающими приборами, так и датчиками автопилота. На многих самолетах предусматриваются гиростабилизированные магнитные компасы и другое оборудование — навигационные визиры, фотоаппараты с гироскопом, гиросекстанты. В военной авиации гироскопы применяются также в прицелах воздушной стрельбы и бомбометания.

Гироскопы разного назначения (навигационные, силовые) выпускаются разных типоразмеров в зависимости от условий работы и требуемой точности. В гироскопических приборах диаметр ротора составляет 4-20 (см), причем меньшее значение относится к авиационно-космическим приборам. Диаметры же роторов судовых гиростабилизаторов измеряются метрами.

Литература

1. Бороздин В.Н. Гироскопические приборы и устройства систем управления: учеб. пособие /В.Н. Бороздин.-Москва, 1990. -480 с.

2. Меркурьев И.В. /Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов./ И.В. Меркурьев; Подалков В.В. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 228 с.

3. Гироскопические системы / под ред. Д.С. Пельпора. — М.: Высш. шк., 1986-1988.-564 с.

4. Павловский М.А. Теория гироскопов: учебник для ВУЗов/М.А. Павловский. — Киев, 1986.-78 с.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики./В.Д. Сивухин. — М.: Физматлит, 2006. — 560 с.

6. В.В. Матвеев Основы построение бесплатформенных инерциальных навигационных систем. / В.В. Матвеев., В.Я. Распопова. — Москва 2009. — 280 с.

7. Савельев И.В. Курс общей физики: Механика./И.В. Савельев. — М.: Астрель, 2004. — 336 с.

Размещено на Allbest.ru

Недостатки и преимущества

Гироскоп и акселерометр похожи по возможностям, тем не менее, отличаются определяемой характеристикой. В первом случае — положение, для второго — направление воздействия силы. Поэтому функциональность их востребована немного в разных жизненных областях. Рассмотрим их возможности, в разрезе плюсов и минусов.

Акселерометр

Плюсы:

  • Быстрое определение изменения действия вектора силы. Хорош в качестве датчика ускорения.
  • Проще конструктивно и дешевле гироскопа.

Минусы:

  • Положение относительно земли определяет неточно. Сильно зависит от воздействия гравитации. Дает показания, требующие введения коэффициента поправки в зависимости от текущего места и воздействия внешних факторов.
  • Чувствителен к сторонней вибрации.
  • Не может производить измерение угла наклона при ускорении. Требует для получения данных момент покоя.

Наиболее часто используется в обыденной жизни для автомобильных регистраторов, систем безопасности хрупкого оборудования, мобильных телефонов и планшетов, игровых контроллеров, фитнес-браслетов. Популярен за счет низкой цены, малого размера и надежности.

Гироскоп

Плюсы:

  • Точен в определении углов наклона по всем трем осям XYZ, или как их еще называют — крена, тангажа и рысканья.
  • Нулевое направление, от которого и выполняются измерения, не зависит от притяжения земли и может быть любым.
  • Практически не подвержен влиянию внешних факторов или сторонних сил. К примеру, работа устройства полностью, или по большей части, игнорирует вектор и состояние окружающего магнитного поля.

Минусы:

  • Не может определять ускорение.
  • Сложность конструкции увеличивает конечную стоимость устройства.
  • Время определения смены положения выше, чем в случае акселерометра.

Для гироскопов характерной нишей применения становятся системы равновесия транспортных средств, включая водные, воздушные и космические. Ими же оснащают качественные мобильные аппараты и всю электронику контролирующую изначальное положение в пространстве механизмов или производственных линий.

Основные разновидности угломеров

Существует большое количество видов этого приспособления. Как правило, они различаются назначением. Сегодня в продаже встречаются следующие модели:

  • Для монтажных и строительных работ. Приспособления этого типа применяются преимущественно для разметки. Строительный механический угломер используется и в процессе разработки проектных чертежей.
  • Плотничьи. Эти приспособления используются для работы с заготовками из древесины.
  • Горные. Применяются для осуществления маркшейдерских съемок.
  • Мореходные. Используются для идентификации географической широты.
  • Слесарный инструмент используется для специализированных работ. Такое приспособление характеризуется высоким уровнем точности замера.
  • Учебные (школьные). Эти линейки угломеры используются в школах и ВУЗах.
  • Артиллерийские угольники обладают высочайшей точностью. Такие приспособления используются при монтаже и настройке артиллерийских орудий.
  • Универсальный инструмент может использоваться для разных работ.

Современные устройства также могут различаться погрешностью и размерами. Кроме того, приспособления могут предназначаться для измерения внутренних или внешних углов.

Модели телефонов с гироскопом

Гироскоп – один из тех датчиков, которые по умолчанию присутствуют даже в смартфонах среднего ценового сегмента, не говоря уже о флагманах. В этом списке представлены популярные модели различных производителей, в которых используется гироскоп:

Apple iPhone X , средняя цена 74890 рублей. Флагман от компании Apple, которая каждый год устанавливает ориентиры для остальных производителей. В этот раз iPhone ввёл моду на «чёлку» в верхней части экрана, в которой размещаются различные датчики и фронтальная камера.

Samsung Galaxy S 9+ , 53990 рублей. Samsung не отстаёт от главного конкурента. Его особенность – закруглённые края, которые делают его визуально безрамочным.

LG V 30+ , 34490 рублей. Удачная модель от LG, которая может похвастаться неплохими камерами. Разумеется, остальные характеристики тоже соответствуют цене и статусу.

Asus Zenfone 5 Z , 34840 рублей. Asus выпустил отличную модель для любителей хорошего звука

При этом мощность железа тоже заставляет обратить внимание на этот смартфон. Sony Xperia XZ , 32290 рублей

Телефон с типичным для Sony дизайном и с не самой лучшей камерой

Sony Xperia XZ , 32290 рублей. Телефон с типичным для Sony дизайном и с не самой лучшей камерой

В 2021 был неплохим сбалансированным вариантом, но сейчас за эти деньги можно купить более удачную модель.

Xiaomi Pocophone F 1 , 27990 рублей. Новинка от китайского производителя, призванная покорить международный рынок. Как всегда отличное соотношение цены и мощности железа.

Meizu Pro 7 , 19550 рублей

Прошлогодний флагман привлёк внимание необычным решением – на задней стороне телефона разместили небольшой дополнительный экран. Это позволяет делать селфи на основную камеру, а также получать различные уведомления

Honor 10 , 24990 рублей. Топовое железо в отличном корпусе за небольшие деньги – таков флагман компании Honor. Придраться можно разве что к камере и автономности.

OnePlus 6 , 41190 рублей. Компания, называющая свой продукт «убийца флагманов», подтвердила свою репутацию. Мощность OnePlus 6 зашкаливает, но есть и недостатки: не топовая камера и отсутствие беспроводной зарядки.

Alcatel 3 V 5099 D , 6289 рублей. Модель самого нижнего ценового сегмента. Не может похвастаться выдающимися характеристиками, его главные козыри – цена и неплохой дизайн.

Привет всем, уважаемые пользователи лучшего мобильного портала Trashbox. Сегодняшняя шестая по счёту статья из рубрики «Как это работает» посвящается гироскопу. Если вам не известно, что это такое — данная статья для вас. Давайте же узнаем, что такое гироскоп и как это работает. Самое интересное под катом

.Гироскоп (в переводе значит «вращение» или «смотреть») — устройство, имеющее способность измерения изменения углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат. В настоящее время известно два типа гироскопов: механический и оптический. По режиму действия гироскопы делятся на: датчики угловой скорости и указатели направления. Однако, одно устройство может работать одновременно в разных режимах в зависимости от типа управления.

Что касается механических гироскопов, то из них больше всех известен роторный гироскоп — это твёрдое тело, которое быстро вращается и ось которого способна изменять ориентацию в пространстве. Скорость вращения гироскопа при этом существенно превышает скорость поворота оси его вращения. Основным свойством данного гироскопа является способность сохранения в пространстве неизменного направления оси вращения при отсутствии какого-либо воздействия на неё внешних сил. Основная часть роторного гироскопа — быстро-вращающийся ротор, имеющий несколько степеней свободы (осей возможного вращения).

2.2 Простейший гироскоп

Простейшим гироскопом является обыкновенный детский волчок, быстро
вращающийся вокруг своей оси. Ось волчка может изменять своё положение в
пространстве, поскольку её верхний конец не закреплен. У гироскопов применяемых
в технике, свободный поворот оси можно обеспечить, закрепив её в рамках
карданова подвеса, позволяющего оси волчка занять любое положение в
пространстве.     Такой гироскоп имеет три степени свободы. Свойства гироскопа
проявляются при выполнении двух условий: ось вращения гироскопа должна иметь
возможность изменять своё направление в пространстве, и угловая скорость
вращения гироскопа вокруг своей оси должна быть очень велика по сравнению с той
угловой скоростью, которую будет иметь сама ось при изменении своего
направления.
         Первое свойство 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 в 1852 г..
Отсюда и само название «гироскоп», что в переводе означает «наблюдать
вращение». Второе свойство гироскопа обнаруживается, когда на его ось начинают
действовать сила или пара сил, стремящиеся привести ось в движение. Под
действием силы конец оси гироскопа будет отклоняться 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.
Наряду с прецессией ось гироскопа при действии на неё силы может ещё совершать
нутацию — небольшие, но быстрые, обычно незаметные на глаз, колебания оси около
её среднего направления. Размахи этих колебаний у быстро вращающегося гироскопа
очень малы и из-за наличия сопротивления и быстро затухают.        Прецессионное
движение можно наблюдать и у детского волчка.

Если ось такого волчка поставить под углом к вертикали и отпустить, то
она под действием силы тяжести будет отклоняться в перпендикулярном
направлении, и начинает прецессировать вокруг вертикали.

Прецессия волчка также сопровождается незаметными на глаз нутационными
колебаниями, быстро затухающими из-за сопротивления воздуха. Под действием
трения о воздух собственное вращение волчка постепенно замедляется, а скорость
прецессии возрастает. Когда угловая скорость вращения волчка становится меньше
определенной величины, он теряет устойчивость и падает.

У медленно вращающегося волчка нутационные колебания могут быть довольно
заметными и, слагаясь с прецессией, изменять картину движения оси волчка: верхний
конец оси будет описывать волнообразную или петлеобразную кривую.

Рисунок 2.2. — Волчок

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрика
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector