En dag så jeg en samtale mellem to venner, eller rettere veninder:

A: Åh, du ved, jeg har en ny smartphone, den har endda et indbygget gyroskop

B: Ah, ja, jeg downloadede det også til mig selv og installerede gyroskopet i en måned

A: Um, er du sikker på, at det er et gyroskop?

B: Ja, et gyroskop til alle stjernetegn.

For at reducere antallet af sådanne dialoger i verden foreslår vi at finde ud af, hvad et gyroskop er, og hvordan det virker.

Gyroskop: historie, definition

Et gyroskop er en enhed, der har en fri rotationsakse og er i stand til at reagere på ændringer i orienteringsvinklerne for den krop, den er installeret på. Ved rotation bevarer gyroskopet sin position uændret.

Selve ordet kommer fra græsk gyreu®– drej og skopeo- se, observer. Begrebet gyroskop blev først introduceret Jean Foucault i 1852, men enheden blev opfundet tidligere. Dette blev gjort af en tysk astronom Johann Bonenberger i 1817.

De er faste legemer, der roterer med høj frekvens. Gyroskopets rotationsakse kan ændre retning i rummet. Roterende artillerigranater, flypropeller og turbinerotorer har gyroskopegenskaber.

Det enkleste eksempel på et gyroskop er top eller den velkendte legetøjssnurretop. Et legeme, der roterer omkring en bestemt akse, som bevarer sin position i rummet, hvis gyroskopet ikke påvirkes af nogen ydre kræfter og momenter af disse kræfter. Samtidig er gyroskopet stabilt og er i stand til at modstå påvirkningen af ​​eksterne kræfter, som i høj grad bestemmes af dets rotationshastighed.

Hvis vi for eksempel hurtigt drejer snurretoppen og derefter skubber til den, vil den ikke falde, men fortsætte med at rotere. Og når toppens hastighed falder til en vis værdi, begynder præcession - et fænomen, når rotationsaksen beskriver en kegle, og toppens vinkelmomentum ændrer retning i rummet.

Typer af gyroskoper

Der er mange typer gyroskoper: to Og tre grader(adskillelse efter frihedsgrader eller mulige rotationsakser), mekanisk, laser Og optisk gyroskoper (adskillelse baseret på driftsprincip).

Lad os se på det mest almindelige eksempel - mekanisk roterende gyroskop. I det væsentlige er dette en top, der roterer omkring en lodret akse, som roterer omkring en vandret akse og til gengæld er fastgjort i en anden ramme, som roterer omkring en tredje akse. Uanset hvordan vi vender toppen, vil den altid være i lodret position.

Anvendelser af gyroskoper

På grund af deres egenskaber er gyroskoper meget brugt. De bruges i rumfartøjsstabiliseringssystemer, i navigationssystemer til skibe og fly, i mobile enheder og spillekonsoller og også som simulatorer.

Jeg spekulerer på, hvordan sådan en enhed kan passe ind i en moderne mobiltelefon og hvorfor er det nødvendigt der? Faktum er, at et gyroskop hjælper med at bestemme enhedens position i rummet og finde ud af afbøjningsvinklen. Selvfølgelig har telefonen ikke en direkte roterende top; gyroskopet er et mikroelektromekanisk system (MEMS), der indeholder mikroelektroniske og mikromekaniske komponenter.

Hvordan fungerer dette i praksis? Lad os forestille os, at du spiller dit yndlingsspil. For eksempel væddeløb. For at dreje på rattet i en virtuel bil behøver du ikke trykke på nogen knapper, du skal bare ændre din gadgets position i dine hænder.

Som du kan se, er gyroskoper fantastiske enheder, der har gavnlige egenskaber. Hvis du har brug for at løse problemet med at beregne bevægelsen af ​​et gyroskop i et felt af eksterne kræfter, skal du kontakte studenterservicespecialister, som vil hjælpe dig med at klare det hurtigt og effektivt!

Et mekanisk gyroskop er ikke så kompliceret en enhed, men dens funktion er et ganske smukt syn. Forskere har studeret dets egenskaber i mere end to hundrede år. Man skulle tro, at alt er undersøgt, for praktisk anvendelse er for længst fundet, og emnet bør lukkes.

Men der er entusiastiske mennesker, der aldrig bliver trætte af at påstå, at når et gyroskop fungerer, ændres dets vægt, når det roterer i den ene eller anden retning eller i et bestemt plan. Desuden lyder konklusioner, som om gyroskopet overvinder tyngdekraften. Eller det danner den såkaldte gravitationelle skyggezone. Og endelig er der folk, der siger, at hvis gyroskopets rotationshastighed overskrides til en vis kritisk værdi, får denne enhed negativ vægt og begynder at flyve væk fra jorden.

Hvad har vi med at gøre? Mulighed for et gennembrud i civilisationen eller pseudovidenskabelig vrangforestilling?

Teoretisk set er en ændring i vægten mulig, men ved så høje hastigheder, at det er umuligt at teste dette eksperimentelt under normale forhold. Men der er mennesker, der hævder, at de har set Jordens tyngdekraft overvinde med en rotationshastighed på blot et par tusinde minutter. Dette eksperiment er afsat til at teste denne hypotese.

Karakteristika for det enkleste hjemmelavede gyroskop.

Ikke alle er i stand til at samle et gyroskop. Autovalsen samlede et gyroskop, der vejede mere end 1 kg. Maksimal omdrejningshastighed 5000 rpm. Hvis effekten af ​​vægtændring faktisk er til stede, vil det kunne mærkes på en vægtstangsvægt. Deres nøjagtighed, under hensyntagen til friktion i hængslerne, ligger inden for 1 g.

Lad os starte eksperimentet.

Lad os først dreje det balancerede gyroskop ind vandret plan med uret. Et roterende svinghjul vil aldrig være fuldstændig afbalanceret, fordi det ikke kan afbalanceres perfekt. Ja, og der er ingen ideelle lejer.

Hvor kommer den aksiale og radiale vibration fra, som overføres til balancestrålen? Hvad kan resultere i imaginær vægtøgning eller -tab? Lad os prøve at dreje svinghjulet i den anden retning for at teste teorien om, at rotationsretningen spiller en rolle hovedrolle i en gravitationsformørkelse. Men det ser ud til, at et mirakel aldrig vil ske.

Hvad sker der, hvis du hænger og drejer et gyroskop i et lodret plan? Men selv i dette tilfælde sker der ingen ændringer på vægten.

Tvunget præcession.

Måske på skolen eller instituttet blev du vist sådan en opsætning for at demonstrere tvungen præcession. Hvis du drejer gyroskopet for eksempel med uret i et lodret plan, og derefter drejer det igen med uret, hvis du ser ovenfra, men i et vandret plan, så ser det ud til, at det letter. På denne måde reagerer den på ydre påvirkninger og bestræber sig på at kombinere sin rotationsakse og -retning med rotationsaksen og -retningen i det nye plan.

Nogle mennesker, der pludselig støder på dette emne, udvikler en fejlagtig forståelse af denne proces. Det ser ud til, at et mekanisk gyroskop er i stand til at lette, hvis det tvangsspindes i et andet plan, og dermed kan der angiveligt skabes en innovativ motor. Samtidig hæver gyroskopet her sig kun, fordi det afstødes fra det roterende stativ, og det til gengæld afvises fra bordet. Ved nul tyngdekraft vil det samlede momentum af en sådan struktur være nul.

Dette hjemmelavede produkt vil først og fremmest være interessant for små børn. Især hvis man sætter det sammen. Generelt er det at lave et roterende gyroskop af improviserede materialer en fantastisk måde at have det sjovt og nyttigt på fritid. På trods af den visuelle kompleksitet af hele strukturen er det meget nemt at lave, fordi et gyroskop faktisk er en almindelig top, kun med en "hemmelighed".

Men selve princippet om gyroskopets funktion er også ret simpelt: Svinghjulet roterer med uret omkring sin akse, som igen er forbundet med ringen og laver rotationsbevægelser i det vandrette plan. Denne ring er stift fast i en anden ring, der roterer omkring en tredje akse. Det er hele hemmeligheden.

Fremstillingsproces af roterende mekanisk gyroskop

Fra plastrør klip to ringe af samme bredde. Du skal også bruge et leje, som skal belægges med superlim, så det ikke roterer. Vi trykker en træ-"tablet" ind i den indre ring, hvor du skal bore et hul i midten til en metalstang med spidse ender.

Vi sætter et stykke plastikrør på den ene kant af stangen (du kan låne fra kuglepen). Vi borer to huller i plastringen til stangen og forbinder den til lejets roterende akse ved hjælp af metalrør med større diameter (du kan bruge sektioner af en teleskopisk antenne).

Hjemmelavet gyroskop

Gyroskop(fra oldgræsk yupo "cirkulær rotation" og okopew "at se") - hurtigt roterende solid, grundlaget for enheden af ​​samme navn, der er i stand til at måle ændringer i orienteringsvinklerne for kroppen forbundet med den i forhold til inertikoordinatsystemet, normalt baseret på loven om bevarelse af rotationsmoment (vinkelmoment).

Selve navnet "gyroskop" og den fungerende version af denne enhed blev opfundet i 1852 af franskmændene videnskabsmand Jean Foucault.

Blandt mekaniske gyroskoper skiller det sig ud roterende gyroskop- et hurtigt roterende fast legeme, hvis rotationsakse er i stand til at ændre orientering i rummet. I dette tilfælde overstiger gyroskopets rotationshastighed væsentligt rotationshastigheden for dets rotationsakse. Hovedegenskaben ved et sådant gyroskop er evnen til at opretholde en konstant retning af rotationsaksen i rummet i mangel af påvirkning af øjeblikke af eksterne kræfter på det.

For at lave et gyroskop skal vi bruge:

1. Et stykke laminat;
2. Bund 2 stk. fra en dåse;
3. Stålpind;
4. Plasticine;
5. Nødder og/eller vægte;
6. To skruer;
7. Tråd (tyk kobber);
8. Poxypol (eller anden hærdende lim);
9. Elektrisk tape;
10. Tråde (til start og andet);
11. Samt værktøj: sav, skruetrækker, kerne osv...

Den generelle idé er tydeligt illustreret i figuren:

Lad os komme i gang:

1) Vi tager laminatet og skærer en 8-hjørnet ramme ud fra det (på billedet er det 6-hjørnet). Dernæst borer vi 4 huller i det: 2 (i enderne) langs forsiden, 2 på tværs (det samme i enderne), se billede. Lad os nu bøje ledningen til en ring (trådens diameter er omtrent lig med rammens diameter). Lad os tage 2 skruer (bolte) og slå huller i dem i enderne med en syl eller en kerne (i værste fald kan du bore dem med et bor).

2) Skal samles hoveddel- rotor. For at gøre dette skal du tage to bunde fra en dåse og lave et hul i dem i midten. Hullet i diameter skal svare til aksestangen (som vi indsætter der). For at lave en aksestang skal du tage et søm eller en lang bolt og skære den til i længden, skal enderne skærpes. For at gøre justeringen bedre, indsæt stangen i en boremaskine og slib den som på en maskine med en fil eller brynesten fra 2 sider. Det ville være rart at lave en rille på den til vikling med gevind. Vi spreder plasticine på en af ​​skiverne og propper møtrikker og vægte ind i den (hvis du har stålringe, er dette endnu bedre). Nu forbinder vi begge diske (som en sandwich) og gennemborer dem gennem hullerne med en aksestang. Vi smører det hele med Poxypol (eller anden lim), indsætter vores rotor i boret og mens Poxypolen hærder, centrerer vi skiven (dette er den vigtigste del af arbejdet). Balancen skal være perfekt.

3) Vi samler i henhold til billedet, rotorens frie bevægelse op og ned skal være minimal (du kan mærke det, men bare lidt).

Mekanisk gyroskoper er forskellige. Det roterende gyroskop er særligt interessant. Dens essens ligger i, at et legeme, der roterer omkring sin akse, er ret stabilt i rummet, selvom det kan ændre retningen af ​​selve aksen. Aksens rotationshastighed er væsentligt lavere end rotationshastigheden af ​​gyroskopkanterne. Rotation af gyroskopet svarer til at flytte en snurretop på gulvet. Forskellen på en snurretop og et gyroskop er, at snurretoppen er fri i rummet, mens gyroskopet roterer på strengt faste punkter placeret i den ydre stang og har beskyttelse, så den kan fortsætte med at rotere, hvis den falder.

Du skal bruge

• - to covers fra dåser
• - et stykke laminat
• - elektrisk tape
• - nødder 6 stk.
• - stålaksel eller søm
• - plasticine
• - lim
• - 2 bolte
• - tyk ledning
• - bore, file

Instruktioner

1. Med disse dele i hånden kan vi begynde at samle rotoren. Vi slår huller nøjagtigt i midten af ​​dåselågene, helst med samme søm som den, hvorfra vi skal lave rotoraksen. Dernæst, ved hjælp af plasticine, fastgør vi møtrikkerne på låget, du kan sætte mere end seks, vægten langs kanten af ​​rotoren vil øge den tid, den roterer.
2. Dernæst laver vi aksen. For at gøre dette skal du fastgøre den elektriske boremaskine i en skruestik, spænde sømmet uden et hoved i det og skærpe det med en fil. På denne måde vil akselslibningen blive placeret så tæt som muligt på midten af ​​akslen. Det er nødvendigt at skærpe på begge sider.
3. Uden at fjerne den skærpede akse fra boret, laver vi en rille til gevindet, der skal køre rotoren. Vi fastgør dækslet med møtrikker til akslen ved hjælp af lim, men brug ikke en, der hærder for hurtigt. Poxipol virker godt. Beklæd nødderne med den samme lim.
4. Nu er det vigtigste at balancere. Mens limen tørrer, skal du placere vægtene perfekt rundt om kanten af ​​låget. Vi tænder for boret (lodret), hvis den roterende rotor rammer i en retning, er en vis belastning ikke placeret korrekt. Vi fikser det og prøver igen. Smør møtrikkerne på toppen og dæk med det andet låg. Vi limer elektrisk tape til rotorens kanter. Lad os tørre det. Selve rotoren er klar!
5. Vi tager to længere bolte, fastgør dem i en skruestik og slår huller i dem, hvor rotoren skal fastgøres. Nu skal vi finde på en ydre ramme. Klip en cirkel ud af laminatet. Det er bedre at tegne det med et kompas på forhånd. Tegn straks lodrette og vandrette linjer i en vinkel på 90 grader. Indeni skærer vi en mindre cirkel ud, men sådan at rotoren passer der. Langs vandrette linjer laver vi huller til boltene modsat hinanden. Vi skruer boltene i. Mellem dem placerer vi vores gyroskops akse. Samtidig kan du ikke stramme den for stramt, ellers vil friktion dæmpe omdrejningshastigheden, og intet virker. Efterlad ca. 1 mm vandring, men så gyroskopet ikke falder ud af boltene. Vi limer boltene til stangen, så vibrationer ikke skruer dem af rammen.
6. Det eneste, der er tilbage, er at installere beskyttelse. Tag en tyk ledning og bøj den til en ring. På placeringen af ​​den markerede vandrette linje fastgør vi den til vores produkt. Gyroskopet er klar. Vi snor tråden rundt om akslen og trækker skarpt i den, kontrollerer dens funktionalitet.