Поняття гіроскопа.
Гіроскопом називається бистровращающєєся навколо своєї осі симетрії тіло; вісь, навколо якої відбувається обертання, може змінювати своє положення в просторі. У техніці гіроскоп являє собою масивний диск, який практично у всіх сучасних приладах приводиться в обертання електричним шляхом, будучи ротором електродвигуна.
Одним із способів підвісу є установка гіроскопа в карданових кільцях (рис. 1). Підвішений таким чином гіроскоп отримує можливість повертатися навколо наступних трьох взаємно перпендикулярних і перетинаються в одній точці Про осей:
- осі обертання АВ самого гіроскопа, званої головною віссю або віссю власного обертання;
- осі обертання СД внутрішнього кільця;
- осі обертання ЕР зовнішнього кільця підвісу.
Три можливих обертання гіроскопа в кардановом підвісі є його ступенями свободи; такий гіроскоп називається гіроскопом з трьома ступенями свободи.
Точка О перетину зазначених осей називається точкою підвісу гіроскопа. Точка підвісу є єдиною нерухомою точкою, навколо якої відбувається обертальний рух гіроскопа.
Гіроскоп з трьома ступенями свободи, у якого центр ваги всієї системи, що складається з ротора і карданових кілець, збігається з точкою підвісу О і до якого не прикладаються зовнішні обертаючі сили, називається врівноваженим або вільним.
Завдяки швидкому обертанню вільний гіроскоп набуває цікаві властивості, широко використовувані в усіх гироскопических приладах.
Основні властивості вільного гіроскопа наступні:
а) вісь обертання гіроскопа має стійкість, т. е. прагне зберегти спочатку заданий їй положення щодо світового простору.
Стійкість осі тим більше, чим точніше центр ваги системи збігається з точкою підвісу, т. Е. Чим краще отбалансирован гіроскоп, чим менше сили тертя в осях карданова підвісу і чим більше вага гіроскопа, його діаметр і швидкість обертання. Стійкість осі обертання дає можливість використовувати вільний гіроскоп як прилад для виявлення добового обертання Землі, так як по відношенню до земних предметів вісь може здійснювати здається або видимий рух;
б) під дією сили, яка додається до кардановим кільцям, вісь гіроскопа переміщається в площині, перпендикулярній напряму дії сили.
Такий рух гіроскопа називається Процесійний рухом або прецессией. Процесійний рух відбувається протягом всього часу дії зовнішньої сили і припиняється з припиненням її дії.
Для визначення напрямку прецесії користуються, наприклад, правилом полюсів.
Полюсом гіроскопа є той кінець його головної осі, з боку якого обертання спостерігається тим, що відбувається проти годинникової стрілки. Полюсом сили називається той кінець осі гіроскопа, з боку якого дія доданою до нього зовнішньої сили здається, що відбувається проти годинникової стрілки. Правило полюсів формулюється так: при додатку до гіроскопа моменту зовнішньої сили полюс гіроскопа найкоротшим шляхом прагне до полюса сили.
ПЕРЕТВОРЕННЯ ВІЛЬНОГО гіроскопа в гірокомпас.
Якщо головну вісь вільного гіроскопа встановити в площині меридіана, то з плином часу внаслідок обертання
Землі вісь буде йти з цієї площини, вчиняючи щодо останньої видимий рух.
Рис.3. обертання площин
горизонту і меридіана.
Мал. 4.Превращеніе вільного
гіроскопа в гірокомпас:
В - напрямок обертання землі;
А - полюс гіроскопа.
Мал. 5.Расположеніе гіроскопів
Направляючий момент досягає максимального значення на екваторі при відведенні головної осі гіроскопа від меридіана на 90 °. Зі збільшенням широти направляючий момент зменшується і на полюсі звертається в нуль. Тому на полюсі гірокомпас працювати не може.
У гірокомпас типу «Курс» чутливий елемент представляє собою герметично закритий куля, званий гіросферой. Подивись гіросфери забезпечує можливість обертання навколо всіх трьох осей. Для попередження шкідливого впливу качки гіроскопічна система гіросфери змонтована з двох гіроскопів.
Гіроскопи розташовані в гіросфери під кутом 90 ° один до одного і під кутом 45 ° до лінії NS гіросфери (рис. 5). Гіроскопи пов'язані між собою кривошипом, а з оболонкою гіросфери - пружинами і можуть обертатися навколо своїх вертикальних осей.
