2. Гироскоп.

Под понятием «гироскоп» подразумевают симметричный ротор, вращающийся с определенной угловой скоростью вокруг оси карданова подвеса. Обычно изучается вращение твердого тела, которое является идеальной моделью реального тела. Однако гироскопические явления можно обнаружить и в деформируемых телах, и в телах, содержащих жидкость. Угловая скорость тела не является существенным признаком гироскопа. Земной шар, делающий один оборот за сутки, подчиняется законам гироскопии в той же мере, что и гироскопы, вращающиеся с частотой 60 000 об/мин и более.

Гиромаятник — это гироскоп с тремя степенями свободы, центр тяжести которого лежит на оси фигуры на некотором расстоянии от опоры. Обычно гироскоп подвешен так, что его центр тяжести находится выше или ниже точки опоры (гиромаятник с верхней или нижней маятниковостью). Точка опоры является неподвижной. Если бы ротор не вращался, то в сочетании с рамками карданова подвеса он представлял бы собой сферический физический маятник, т. е. маятник, который может раскачиваться вокруг неподвижной точки в любых направлениях. Таким образом, гиромаятник — комбинация физического маятника с гироскопом.

Если при вращающемся с угловой скоростью роторе отклонить гиромаятник от положения равновесия и затем предоставить его самому себе, то поведение его будет необычным. Он начнет колебаться не только вокруг оси У, но и вокруг оси X. Сумма этих двух колебаний дает равномерное коническое движение оси вращения вокруг постоянного направления, сохраняя с этим направлением постоянный угол. При этом точка будет вычерчивать окружность основания конуса. Такое движение называется регулярной прецессией. Коническая поверхность называется аксоидом. Ось, вокруг которой происходит прецессия, называется осью прецессии. Прецессионное движение оси происходит под действием приложенного к ротору момента внешних сил.

2.1 Понятие процессии.

Прецессионное движение подчиняется правилу прецессии, согласно которому ротор прецессирует таким образом, чтобы по кратчайшему расстоянию совместить вектор кинетического момента с вектором момента внешних сил, приложенных к ротору.

Прецессия есть безынерционное движение оси гироскопа. С прекращением действия внешнего момента движение прекращается. Безынерционность прецессии имеет огромное значение в инженерной практике. Это свойства гироскопа свидетельствует о том, что кратковременные возмущения — удары, вибрации, качания станины — не могут вызвать заметного отклонения гиромаятника. Можно подобрать параметры гиромаятника так, что вообще никакие ускорения не будут возмущать его. Макс Шулер в 1923 г. установил, что для этого необходимо, чтобы период собственных колебаний гиромаятника был такой же, как у математического маятника, имеющего длину, равную радиусу Земли. Этот период равен 84,4 мин.

Для гиромаятника, совершающего прецессионное движение под действием момента сил тяжести, период прецессии не зависит от угла прецессии. Прецессию можно также определить как поворот, совершаемый гироскопом таким образом, что плоскость этого поворота перпендикулярна линии действия силы.

Прецессия имеет место, когда момент внешних сил направлен перпендикулярно оси гироскопа. При прецессионном движении оси гироскопа появляется сумма моментов, которая создает главный момент сил инерции, называемый гироскопическим моментам. Гироскопический момент есть сумма моментов сил инерции Кориолиса всех частиц гироскопа и поэтому приложен не к самому гироскопу, а к телу или телам, которые, действуя на гироскоп, заставляют его изменять направление своей оси. При возникновении гироскопического момента проявляется своеобразное противодействие, оказываемое всяким быстровращающимся телом, когда изменяют направление его оси вращения. Проявляется гироскопический момент в виде дополнительных давлений, оказываемых ротором на подшипники.

В соответствии с принципом Д'Аламбера сумма моментов внешних сил и момента сил инерции равна нулю. Гироскопический момент — это инерционное сопротивление, развиваемое гироскопом при изменении направления его оси в пространстве.