The Fizika
Есть, что почитать.
Кручу-верчу, запутать хочу
Обычное вращение объекта творит магию, которую большинство (может, даже и вы) не сможете объяснить. Или сможете?
Немногие люди смогут сразу объяснить, что такое гироскоп и как он работает. Однако, мы все в детстве играли с ним. Да-да, простейший гироскоп - это волчок, юла или йо-йо.
Помните, что детей привлекает в волчке? Он может держать равновесие при быстром вращении. Но по мере уменьшения угловой скорости вращения волчок начинает прецессировать (его ось рисует спираль) и, в конце-концов, заваливается набок.
На самом деле, мы только что описали всю суть гироскопов, без которых не могут обойтись ни самолёты, ни плавательные суда, ни любая современная техника.
Помните, что детей привлекает в волчке? Он может держать равновесие при быстром вращении. Но по мере уменьшения угловой скорости вращения волчок начинает прецессировать (его ось рисует спираль) и, в конце-концов, заваливается набок.
На самом деле, мы только что описали всю суть гироскопов, без которых не могут обойтись ни самолёты, ни плавательные суда, ни любая современная техника.
Гироскопия - раздел приборостроения, занимающийся построением приборов ориентации, стабилизациии, навигации.
Это сейчас с ориентацией в пространстве нам помогают гироскопы, но в давние времена люди ещё не изобрели данный механизм и ориентировались по Солнцу. Позже развитие мореходства требовало надёжных средств для определения координат корабля.
В 1742 году английский механик Серсон разработал искусственный горизонт. Это была чаша, которую приводили в быстрое вращение шнуром. Дно чаши использовалось как искусственный горизонт, по отношению к которому измерялась высота Солнца. Позже конструкцию совершенствовали.
В 1742 году английский механик Серсон разработал искусственный горизонт. Это была чаша, которую приводили в быстрое вращение шнуром. Дно чаши использовалось как искусственный горизонт, по отношению к которому измерялась высота Солнца. Позже конструкцию совершенствовали.
В 1852 году физик Л. Фукко описал созданный им прибор (изображён на картинке).
В конце XIX века был создан гирокомпас.
В XX веке из-за подъема промышленного производства, развития транспорта и военной техники появилась необходимость в создании гироскопических приборов для систем управления подвижных объектов: кораблей, самолётов, ракет и т.д.
В конце XIX века был создан гирокомпас.
В XX веке из-за подъема промышленного производства, развития транспорта и военной техники появилась необходимость в создании гироскопических приборов для систем управления подвижных объектов: кораблей, самолётов, ракет и т.д.
Как же работает это маленький, но непростой прибор?
Для людей, которые не могут воспринимать одновременно большое количество новой информации, установлены хештеги (#короче, #проще говоря) в конце каждого мини-текста.
На самом деле, если ротор гироскопа не вращается, то его поведение не отличается от обычного твёрдого тела. Грубо говоря, без вращения ротора этот прибор бесполезен.
Если вы попробуете ударить по рамке прибора, то это вызовет только её вращение.
Всё изменится, если ротор будет вращаться с определённой угловой скоростью, допустим, относительно оси OY.
Теперь ударим по рамке ещё раз. На первый взгляд, видимого эффекта нет. Гироскоп не отклонится от исходного положения. Но если приглядеться, то мы заметим, что прибор колеблется с небольшой амплитудой. Затем эти колебания быстро затухают.
Приложенный момент к первой или второй рамке вызывает их вращение, но это вращение намного медленнее, чем если бы ротор был неподвижен.
Это медленное движение, вызванное внешним моментом, называется прецессионным вращением гироскопа, или прецессией гироскопа.
Если вам захочется изменить направление внешнего момента (ударить по рамке в другую сторону), то и направление прецессии гироскопа изменится.
Однако, если внешний момент постоянен, то изменить направление прецессии может изменение направление вектора углового скорости ротора.
Другими словами, быстровращающийся ротор оказывает сопротивление любому приложенному усилию, которое пытается изменить направление оси его вращения.
Если вы попробуете ударить по рамке прибора, то это вызовет только её вращение.
Всё изменится, если ротор будет вращаться с определённой угловой скоростью, допустим, относительно оси OY.
Теперь ударим по рамке ещё раз. На первый взгляд, видимого эффекта нет. Гироскоп не отклонится от исходного положения. Но если приглядеться, то мы заметим, что прибор колеблется с небольшой амплитудой. Затем эти колебания быстро затухают.
Приложенный момент к первой или второй рамке вызывает их вращение, но это вращение намного медленнее, чем если бы ротор был неподвижен.
Это медленное движение, вызванное внешним моментом, называется прецессионным вращением гироскопа, или прецессией гироскопа.
Если вам захочется изменить направление внешнего момента (ударить по рамке в другую сторону), то и направление прецессии гироскопа изменится.
Однако, если внешний момент постоянен, то изменить направление прецессии может изменение направление вектора углового скорости ротора.
Другими словами, быстровращающийся ротор оказывает сопротивление любому приложенному усилию, которое пытается изменить направление оси его вращения.
#КОРОЧЕ: Ротор всегда стремится сохранить плоскость вращения.
#Проще говоря, если ротор будет быстро двигаться, то вы не сможете повернуть его в любую другую сторону. Он будет вращаться только в своей изначальной плоскости.
Гироскопический момент - это противодействие, оказываемое быстровращающимся ротором телу, пытающемуся изменить направление его оси вращения.
Мы поговорили с кандидатом технических наук, военным инженером-электриком Боголюбовым Владимиром Михайловичем, чтобы больше узнать об этой магии.
Где используют?
Неужели без них не обойтись?
- Классический гироскоп – это уникальный электромеханический прибор. Его используют при решении навигационных задач, например, для определения текущих координат и направления (истинного азимута) движения подвижных объектов. В качестве подвижных объектов может быть все, что движется: космические станции, межпланетные космические корабли, спутники различного назначения, в том числе, относящиеся к системе ГЛОНАСС, надводные и подводные корабли, самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты (дроны), наземные объекты (танки, бронетранспортеры, самоходные артиллерийские установки), управляемые ракеты и, самонаводящиеся артиллерийские снаряды.
Кроме того, они используются при прокладке тоннелей, для определения направления движения бура при бурении нефтяных и газовых скважин, в том числе для определения положения мобильных телефонов в качестве датчика угла поворота, с целью управления положением картинки на дисплее и даже в высококачественных проигрывателях граммафонных пластинок в качестве компенсатора скатывающей силы, действующей на иглу звуковой головки и приводящей к ее быстрому износу при движении по звуковой канавке пластинки.
Кроме того, они используются при прокладке тоннелей, для определения направления движения бура при бурении нефтяных и газовых скважин, в том числе для определения положения мобильных телефонов в качестве датчика угла поворота, с целью управления положением картинки на дисплее и даже в высококачественных проигрывателях граммафонных пластинок в качестве компенсатора скатывающей силы, действующей на иглу звуковой головки и приводящей к ее быстрому износу при движении по звуковой канавке пластинки.
-Какую роль гироскоп играет в самолёте?
Способность сохранять положение оси вращения ротора неизменным позволило с помощью двух (иногда трех) аналогичных ТГ перед началом движения, например, самолета, создать на его борту отсчетную систему координат, положение которой в полете сохраняется.
Способность сохранять положение оси вращения ротора неизменным позволило с помощью двух (иногда трех) аналогичных ТГ перед началом движения, например, самолета, создать на его борту отсчетную систему координат, положение которой в полете сохраняется.
Угловые повороты его корпуса относительно отсчетной системы координат измеряются гироскопом, а датчиками преобразуются в электрический сигнал. Сигналы датчиков позволяют управлять рулями самолета, обеспечивая удержания заданного курса. Существенный скачок в применении ТГ (трехстепенным гироскоп) был связан с изобретением электродвигателя, используемого в качестве быстро вращающегося ротора.
#Короче, гироскоп способен отслеживать повороты корпуса самолёта, после этого датчики преобразуют информацию в электрические сигналы, которые, в свою очередь, передаются на штурвал.
#Короче, гироскоп способен отслеживать повороты корпуса самолёта, после этого датчики преобразуют информацию в электрические сигналы, которые, в свою очередь, передаются на штурвал.
#Проще говоря, Главный враг гироскопа - трение
Основным препятствием в повышении точности работы гироскопа явилось трение в подшипниках карданова подвеса, что приводило при работе прибора на подвижном основании к так называемому «дрейфу» оси вращения ротора (главной оси), т.е. нарушению главного постулата: «сохранять неизменным положение главной оси вращения ротора». Поэтом в дальнейшем главной задачей специалистов – гироскопистов стала задача уменьшения трения в опорах карданова подвеса ротора гироскопа.
Основным препятствием в повышении точности работы гироскопа явилось трение в подшипниках карданова подвеса, что приводило при работе прибора на подвижном основании к так называемому «дрейфу» оси вращения ротора (главной оси), т.е. нарушению главного постулата: «сохранять неизменным положение главной оси вращения ротора». Поэтом в дальнейшем главной задачей специалистов – гироскопистов стала задача уменьшения трения в опорах карданова подвеса ротора гироскопа.
Это обстоятельство наряду с совершенствованием классического гироскопа заставило изобретать новые экзотические типы гироскопов. К ним следует отнести широко используемые гироскопы, работающие на новых физических принципах, такие как: роторные вибрационные, лазерные, волоконно – оптические, гироскопы с магнитным, электростатическим и жидкостным (поплавковые гироскопы) подвесом ротора.
Слишком безжалостное сегодня и ещё более безжалостное завтра
Однако как сегодняшний, так и завтрашний день диктуют более жесткие требования к гироприборам: снижение пороговой чувствительности (возможность измерения как можно меньшего значения угловой скорости поворота основания прибора до уровня – для высокоточных навигационных систем), минимальное время готовности прибора к работе, снижение энергопотребления, уменьшение габаритно–массовых характеристик, возможность работы в условиях широкого диапазона температур при значительных перегрузках и вибрациях основания. Перечисленные требования в ряде случаев противоречивые и их очень трудно удовлетворить одновременно. Поэтому в зависимости от решаемых задач в конкретном случае выбирают тот или иной тип гироскопа.
Из перечисленного множества приборов внимание специалистов в настоящее время привлекает микромеханический гироскоп (ММГ) или иначе –микро электромеханическая система (МЭМС). Сегодня это направление называется «мехатроникой» (сочетание механики с электроникой). Он отличается малыми габаритами и весом, малой потребляемой мощностью, малым временем готовности, но в настоящее время остается достаточно грубым по точности прибором.
#Проще говоря, новые разработки требуют всё более точные гироскопы. В следствие чего инженеры изобретают новые виды этих приборов.
Из перечисленного множества приборов внимание специалистов в настоящее время привлекает микромеханический гироскоп (ММГ) или иначе –микро электромеханическая система (МЭМС). Сегодня это направление называется «мехатроникой» (сочетание механики с электроникой). Он отличается малыми габаритами и весом, малой потребляемой мощностью, малым временем готовности, но в настоящее время остается достаточно грубым по точности прибором.
#Проще говоря, новые разработки требуют всё более точные гироскопы. В следствие чего инженеры изобретают новые виды этих приборов.
Почему Земля не падает?
Всё дело в том, что Земля - это тоже гироскоп. Или другими словами, мы живём на огромном гироскопе, суточное вращение которого 15 градусов в час.
Именно благодаря этому вращению ось вращения Земли сохраняет неизменное положение в пространстве.
Это также относится ко всем остальным известным нам планетам.
Именно благодаря этому вращению ось вращения Земли сохраняет неизменное положение в пространстве.
Это также относится ко всем остальным известным нам планетам.
Над проектом работали:
Дарья Боголюбова
Автор текста
Главный редактор
Главный редактор
Екатерина Евсеева
Бильд-редактор
Боголюбов Михаил Владимирович
Военный инженер-электрик
Доцент кафедры радиоэлектронных и телекоммуникационных систем Казанского национального исследовательского технического университета
Кандидат технических наук
Доцент кафедры радиоэлектронных и телекоммуникационных систем Казанского национального исследовательского технического университета
Кандидат технических наук
По всем вопросам:
