Измерения и обработка результатов.

Прибор (рис. 6) состоит из электрического моторчика А, закрепленного в обойме В. Обойма опирается на вертикальный стержень С и может вращаться вокруг горизонтальной оси, а вместе со стержнем ‑ вокруг вертикальной. Углы поворота вокруг этой оси могут определяться по шкале Д. Собственно гироскопом является ротор моторчика с массивным диском Э. Момент внешних сил, приложенных к гироскопу, может изменяться при перемещении груза К по стержню обоймы или дополнительным навесом гирек известной массы. Питание моторчика переменным током осуществляется через автотрансформатор, подводка тока к подвижному моторчику осуществляется через скользящие контакты. В процессе выполнения работы необходимо придерживаться правил безопасности и не притрагиватьс к вращающемуся диску. Перед началом измерений необходимо убедиться в том, что прибор может свободно вращаться вокруг своих осей.

Порядок выполнения работы. Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации установки. Потом под надзором преподавателя на практике ознакомиться с органами ее управления, которые позволяют задавать и определять:

а). момент внешних сил;

б). угловую скорость вращения гироскопа;

в). угол поворота гироскопа;

г). угловую скорость прецессии.

Будем базироваться на формуле (10) записав ее в следующем виде:

, (11)

где: ‑ масса подвижного груза; ‑ сдвиг центра масс груза относительно начального положения, при котором гироскоп был уравновешен.

Работа предусматривает выполнение следующего комплекса измерений:

а). При фиксированном значении снять зависимость угловой скорости прецессии  от угловой скорости обращения гироскопа . Построить график в переменных , представляющий собой прямую, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равняется:

.

Из графика следует найти и по известным величинам , , определить момент инерции гироскопа относительно оси симметрии.

б). При заданной частоте вращения , снять зависимость  от . Построить график в переменных , потом определить тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс. В этом случае его величина определяется выражением:

.

Как и раньше определить величину . Сравнить результаты, показать, что в пределах ошибок они равны.

Контрольные вопросы:

1. Что такое оси свободного вращения? Какие из них устойчивы?

2. Что называется гироскопом?

3. Какой гироскоп называется свободным? Уравновешенным?

4. Как устроен карданов подвес?

5. Что такое нутация гироскопа?

6. Что такое прецессия гироскопа? Чем прецессия отличается от нутации?

7. При каких условиях можно считать, что вектор момента импульса гироскопа, мгновенная угловая скорость вращения и ось симметрии совпадают?

8. От чего зависит скорость прецессии?

9. Момент какой силы вызывает прецессию гироскопа в данной работе? Каким способом можно изменять величину и направление момента силы?

10. Что в виду, когда говорят, что прецессия являеться «безынерционным» движением?

11. Почему несвободный гироскоп становится "послушным"?

Литература:

Физический практикум под редакцией В.И. Ивероновой. Механика и молекулярная физика. -Г., 1967, стр. 133-141.

А.Н. Матвеев. Механика и теория относительности. -Г., 1976. §52.

С.П. Стрелков. Механика. -Г., 1965, гл. VII, §65, 67.

С.Э. Хайкин. Физические основы механики. -Г., 1963, гл. XIII, §103, 104.