Vieną dieną stebėjau dviejų draugų, tiksliau merginų, pokalbį:

A: O, žinote, aš turiu naują išmanųjį telefoną, jame netgi yra įmontuotas giroskopas

B: A, taip, aš taip pat atsisiunčiau jį ir mėnesiui įdiegiau giroskopą

A: Hm, ar esate tikras, kad tai giroskopas?

B: Taip, giroskopas visiems zodiako ženklams.

Norint sumažinti tokių dialogų skaičių pasaulyje, siūlome pasidomėti, kas yra giroskopas ir kaip jis veikia.

Giroskopas: istorija, apibrėžimas

Giroskopas yra įrenginys, turintis laisvą sukimosi ašį ir galintis reaguoti į kūno, ant kurio jis sumontuotas, orientacijos kampų pokyčius. Sukdamasis giroskopas išlaiko savo padėtį nepakitusią.

Pats žodis kilęs iš graikų kalbos gyreuо– pasukti ir skopeo- žiūrėti, stebėti. Pirmą kartą buvo įvestas terminas giroskopas Jeanas Foucault 1852 m., tačiau prietaisas buvo išrastas anksčiau. Tai padarė vokiečių astronomas Johanas Bonenbergeris 1817 metais.

Tai kieti kūnai, besisukantys dideliu dažniu. Giroskopo sukimosi ašis gali keisti savo kryptį erdvėje. Besisukantys artilerijos sviediniai, lėktuvo sraigtai ir turbinos rotoriai turi giroskopo savybes.

Paprasčiausias giroskopo pavyzdys yra viršuje arba gerai žinomas vaikiškas žaislinis suktuvas. Aplink tam tikrą ašį besisukantis kūnas, kuris išlaiko savo padėtį erdvėje, jei giroskopo neveikia jokios išorinės jėgos ir šių jėgų momentai. Tuo pačiu metu giroskopas yra stabilus ir gali atlaikyti išorinių jėgų įtaką, kurią daugiausia lemia jo sukimosi greitis.

Pavyzdžiui, jei suktuką greitai susuksime, o paskui stumsime, jis nenukris, o toliau suksis. O kai viršūnės greitis nukris iki tam tikros reikšmės, prasidės precesija – reiškinys, kai sukimosi ašis apibūdina kūgį, o viršūnės kampinis momentas keičia kryptį erdvėje.

Giroskopų tipai

Yra daug giroskopų tipų: du Ir trijų laipsnių(atskyrimas pagal laisvės laipsnius arba galimas sukimosi ašis), mechaninis, lazeris Ir optinis giroskopai (atskyrimas pagal veikimo principą).

Pažvelkime į dažniausiai pasitaikantį pavyzdį - mechaninis rotacinis giroskopas. Iš esmės tai yra viršus, besisukantis aplink vertikalią ašį, kuri sukasi aplink horizontalią ašį ir, savo ruožtu, yra pritvirtinta kitame rėme, kuris sukasi aplink trečią ašį. Kad ir kaip pasuktume viršų, ji visada bus vertikalioje padėtyje.

Giroskopų pritaikymas

Dėl savo savybių giroskopai yra plačiai naudojami. Jie naudojami erdvėlaivių stabilizavimo sistemose, laivų ir orlaivių navigacijos sistemose, mobiliuosiuose įrenginiuose ir žaidimų pultuose, taip pat kaip treniruokliai.

Įdomu, kaip toks įrenginys gali tilpti į šiuolaikinį mobilusis telefonas o kam to ten reikia? Faktas yra tas, kad giroskopas padeda nustatyti prietaiso padėtį erdvėje ir sužinoti nuokrypio kampą. Žinoma, telefonas neturi tiesiogiai besisukančio viršaus, giroskopas yra mikroelektromechaninė sistema (MEMS), kurioje yra mikroelektroninių ir mikromechaninių komponentų.

Kaip tai veikia praktiškai? Įsivaizduokime, kad žaidžiate savo mėgstamą žaidimą. Pavyzdžiui, lenktynės. Norint pasukti virtualaus automobilio vairą, nereikia spausti jokių mygtukų, užtenka pakeisti savo įtaiso padėtį rankose.

Kaip matote, giroskopai yra nuostabūs įrenginiai naudingų savybių. Jei jums reikia išspręsti giroskopo judėjimo skaičiavimo problemą išorinių jėgų lauke, kreipkitės į studentų aptarnavimo specialistus, kurie padės greitai ir efektyviai susidoroti!

Mechaninis giroskopas nėra toks sudėtingas prietaisas, tačiau jo veikimas yra gana gražus vaizdas. Mokslininkai jo savybes tiria daugiau nei du šimtus metų. Galima būtų manyti, kad viskas išstudijuota, nes praktinis pritaikymas seniai rastas ir temą reikėtų uždaryti.

Tačiau yra entuziastingų žmonių, kurie nepavargsta teigti, kad kai giroskopas veikia, jo svoris keičiasi, kai jis sukasi viena ar kita kryptimi ar tam tikra plokštuma. Be to, išvados skamba taip, tarsi giroskopas įveikia gravitaciją. Arba ji sudaro vadinamąją gravitacinio šešėlio zoną. Ir galiausiai yra žmonių, kurie sako, kad viršijus giroskopo sukimosi greitį iki tam tikros kritinės reikšmės, tai šis prietaisas įgauna neigiamą svorį ir pradeda skristi tolyn nuo Žemės.

Su kuo mes susiduriame? Proveržio civilizacijoje galimybė ar pseudomokslinis kliedesys?

Teoriškai svorio pokytis yra įmanomas, tačiau esant tokiam dideliam greičiui, kad normaliomis sąlygomis eksperimentiškai to išbandyti neįmanoma. Tačiau yra žmonių, kurie teigia matę, kaip Žemės gravitacija įveikiama vos kelių tūkstančių minučių sukimosi greičiu. Šis eksperimentas skirtas patikrinti šią hipotezę.

Paprasčiausio naminio giroskopo charakteristikos.

Ne visi sugeba surinkti giroskopą. Automatinis volelis surinko daugiau nei 1 kg sveriantį giroskopą. Maksimalus sukimosi greitis 5000 aps./min. Jei svorio pasikeitimo poveikis iš tikrųjų yra, jis bus pastebimas svirties skalėje. Jų tikslumas, atsižvelgiant į trintį vyriuose, yra 1 g.

Pradėkime eksperimentą.

Pirmiausia pasukime subalansuotą giroskopą horizontali plokštuma pagal laikrodžio rodyklę. Besisukantis smagratis niekada nebus visiškai subalansuotas, nes jis negali būti tobulai subalansuotas. Taip, ir idealių guolių nėra.

Iš kur atsiranda ašinė ir radialinė vibracija, kuri pereina į pusiausvyros spindulį? Kas gali sukelti įsivaizduojamą svorio padidėjimą ar sumažėjimą? Pabandykime pasukti smagratį kita kryptimi, kad patikrintume teoriją, kad sukimosi kryptis vaidina svarbų vaidmenį pagrindinis vaidmuo gravitaciniame užtemime. Bet atrodo, kad stebuklo niekada neįvyks.

Kas atsitiks, jei giroskopą pakabinsite ir suksite vertikalioje plokštumoje? Tačiau net ir šiuo atveju svarstyklėse nevyksta jokių pakitimų.

Priverstinė precesija.

Galbūt mokykloje ar institute jums buvo parodyta tokia sąranka, kad parodytumėte priverstinę precesiją. Jei giroskopą sukate, pavyzdžiui, pagal laikrodžio rodyklę vertikalioje plokštumoje, o tada vėl pasukate pagal laikrodžio rodyklę, jei žiūrite iš viršaus, bet horizontalioje plokštumoje, tada atrodo, kad jis pakils. Tokiu būdu jis reaguoja į išorinius poveikius ir stengiasi savo sukimosi ašį ir kryptį derinti su sukimosi ašimi ir kryptimi naujoje plokštumoje.

Kai kurie žmonės, staiga susidūrę su šia tema, klaidingai supranta šį procesą. Atrodo, kad mechaninis giroskopas gali pakilti, jei jį priverstinai sukasi antroje plokštumoje, ir taip neva gali būti sukurtas naujoviškas variklis. Tuo pačiu metu giroskopas čia pakyla tik todėl, kad yra atstumtas nuo besisukančio stovo, o jis, savo ruožtu, yra atstumtas nuo stalo. Esant nulinei gravitacijai, bendras tokios konstrukcijos impulsas bus lygus nuliui.

Šis naminis gaminys bus įdomus visų pirma mažiems vaikams. Ypač jei sudėsite. Apskritai rotacinio giroskopo gaminimas iš improvizuotų medžiagų yra puikus būdas smagiai ir naudingai praleisti laiką laisvas laikas. Nepaisant vizualinio visos konstrukcijos sudėtingumo, ją labai paprasta padaryti, nes iš tikrųjų giroskopas yra įprastas viršus, tik su „paslaptimi“.

Tačiau pats giroskopo veikimo principas taip pat gana paprastas: smagratis sukasi pagal laikrodžio rodyklę aplink savo ašį, kuri, savo ruožtu, yra sujungta su žiedu ir atlieka sukimosi judesius horizontalioje plokštumoje. Šis žiedas yra tvirtai pritvirtintas kitame žiede, kuris sukasi aplink trečią ašį. Tai visa paslaptis.

Rotacinio mechaninio giroskopo gamybos procesas

Iš plastikinis vamzdis nupjaukite du tokio paties pločio žiedus. Taip pat reikės guolio, kurį reikia padengti superklijais, kad jis nesisuktų. Į vidinį žiedą įspaudžiame medinę „tabletę“, kurios centre reikia išgręžti skylę metaliniam strypui smailiais galais.

Ant vieno strypo krašto uždedame plastikinio vamzdelio gabalėlį (galite pasiskolinti iš tušinukas). Plastikiniame žiede išgręžiame dvi skylutes strypui ir sujungiame jį su guolio sukimosi ašimi didesnio skersmens metaliniais vamzdeliais (galite naudoti teleskopinės antenos dalis).

Naminis giroskopas

Giroskopas(iš senovės graikų yupo „sukimasis ratu“ ir okopew „žiūrėti“) – greitai besisukantis kietas, to paties pavadinimo prietaiso pagrindas, galintis išmatuoti su juo susieto kūno orientacijos kampų pokyčius inercinės koordinačių sistemos atžvilgiu, dažniausiai remiantis sukimosi momento (kampinio momento) išsaugojimo dėsniu.

Pats pavadinimas „giroskopas“ ir šio prietaiso darbinė versija buvo išrastas prancūzų 1852 m. mokslininkas Žanas Foucault.

Tarp mechaninių giroskopų jis išsiskiria rotacinis giroskopas- greitai besisukantis kietas kūnas, kurio sukimosi ašis gali keisti orientaciją erdvėje. Tokiu atveju giroskopo sukimosi greitis gerokai viršija jo sukimosi ašies sukimosi greitį. Pagrindinė tokio giroskopo savybė yra galimybė išlaikyti pastovią sukimosi ašies kryptį erdvėje, nesant išorinių jėgų momentų įtakos.

Norėdami pagaminti giroskopą, mums reikės:

1. Laminato gabalas;
2. Apatinė 2 vnt. iš skardinės;
3. Plieninė lazda;
4. Plastilinas;
5. Riešutai ir (arba) svareliai;
6. Du varžtai;
7. Viela (storas varis);
8. Poksipolis (arba kiti kietėjantys klijai);
9. Elektrinė juosta;
10. Siūlai (pradžiui ir dar kažkas);
11. Taip pat įrankiai: pjūklas, atsuktuvas, šerdis ir kt...

Bendra idėja aiškiai parodyta paveikslėlyje:

Pradėkime:

1) Imame laminatą ir iš jo išpjauname 8 kampų rėmelį (nuotraukoje 6 kampų). Toliau jame išgręžiame 4 skylutes: 2 (galuose) išilgai priekio, 2 skersai (tos pačios galuose), žiūrėkite nuotrauką. Dabar sulenkime vielą į žiedą (vielos skersmuo yra maždaug lygus rėmo skersmeniui). Paimkime 2 varžtus (varžtus) ir yla ar šerdimi galuose pradursime skylutes (blogiausiu atveju galite išgręžti grąžtu).

2) Reikia rinkti pagrindinė dalis- rotorius. Norėdami tai padaryti, iš skardinės skardinės paimkite du dugnus ir centre padarykite skylę. Skylės skersmuo turi atitikti ašies strypą (kurį ten įdėsime). Norėdami pagaminti ašies strypą, paimkite vinį arba ilgą varžtą ir nupjaukite jo galus. Kad išlygiavimas būtų geresnis, įkiškite strypą į grąžtą ir pagaląskite kaip mašiną su dilde arba šerdis iš 2 pusių. Būtų gerai ant jo padaryti griovelį, kad būtų galima apvynioti siūlu. Vieną diską ištepame plastilinu, į jį įkišame veržles ir svarmenis (jei turite plieninius žiedus, tai dar geriau). Dabar sujungiame abu diskus (kaip sumuštinį) ir ašies strypu perveriame per skylutes. Viską sutepame Poxypol (ar kitais klijais), įkišame savo rotorių į grąžtą ir kol Poxypol kietės, centruosime diską (tai svarbiausia darbo dalis). Pusiausvyra turi būti tobula.

3) Surenkame pagal paveikslėlį, laisvas rotoriaus judėjimas aukštyn žemyn turi būti minimalus (jauti, bet tik šiek tiek).

Mechaninis giroskopai yra skirtingi. Ypač įdomus yra rotacinis giroskopas. Jo esmė slypi tame, kad aplink savo ašį besisukantis kūnas yra gana stabilus erdvėje, nors gali keisti pačios ašies kryptį. Ašies sukimosi greitis yra žymiai mažesnis nei giroskopo briaunų sukimosi greitis. Giroskopo sukimas panašus į besisukančio viršūnės perkėlimą ant grindų. Skirtumas tarp besisukančio ir giroskopo yra tas, kad besisukantis viršus yra laisvas erdvėje, o giroskopas sukasi griežtai fiksuotuose taškuose, esančiuose išorinėje juostoje, ir turi apsaugą, kad nukritęs galėtų toliau suktis.

Jums reikės

• - du viršeliai iš skardines
• - laminato gabalas
• - elektros juosta
• - riešutai 6 vnt.
• - plieninė ašis arba vinis
• - plastilinas
• - klijai
• - 2 varžtai
• - stora viela
• - grąžtas, dildė

Instrukcijos

1. Turėdami šias dalis rankoje, galime pradėti montuoti rotorių. Tiksliai skardinių dangčių centre išmušame skylutes, geriausia tokia pat vinimi, iš kurios darysime rotoriaus ašį. Toliau plastilinu pritvirtiname veržles ant dangčio, galite įdėti daugiau nei šešias, svoris palei rotoriaus kraštą padidins jo sukimosi laiką.
2. Toliau darome ašį. Norėdami tai padaryti, pritvirtinkite elektrinį grąžtą veržlėje, priveržkite vinį be galvutės ir pagaląskite dilde. Tokiu būdu ašies galandimas bus kuo arčiau ašies centro. Būtina pagaląsti iš abiejų pusių.
3. Neišimdami nuo grąžto pagaląstos ašies, padarysime griovelį sriegiui, kuriuo suksite rotorių. Dangtį veržlėmis prie ašies tvirtiname klijais, bet nenaudojame per greitai kietėjančio. Poxipol veikia gerai. Tais pačiais klijais aptepkite riešutus.
4. Dabar svarbiausia – balansas. Kol klijai džiūsta, svarelius reikia idealiai išdėstyti aplink dangčio kraštą. Įjungiame grąžtą (vertikaliai), jei besisukantis rotorius atsitrenkia į vieną pusę, tai tam tikra apkrova yra neteisingai išdėstyta. Pataisome ir bandome dar kartą. Sutepkite viršuje esančias veržles ir uždenkite antruoju dangteliu. Prie rotoriaus kraštų priklijuojame elektrinę juostą. Išdžiovinkime. Pats rotorius yra paruoštas!
5. Paimame du ilgesnius varžtus, sutvirtiname juos veržlėmis ir pramušame skylutes, kuriose bus tvirtinamas rotorius. Dabar turime sugalvoti išorinį rėmą. Iš laminato iškirpkite apskritimą. Geriau iš anksto nupiešti jį kompasu. Nedelsdami nubrėžkite vertikalias ir horizontalias linijas 90 laipsnių kampu. Viduje išpjauname mažesnį apskritimą, bet tokį, kad ten tilptų rotorius. Išilgai horizontalių linijų padarome skylutes varžtams, esančiai vienas priešais kitą. Įsukame varžtus. Tarp jų dedame savo giroskopo ašį. Tuo pačiu metu jūs negalite jo priveržti per stipriai, kitaip trintis sumažins sukimosi greitį ir niekas neveiks. Palikite apie 1 mm eigos, bet taip, kad giroskopas neiškristų iš varžtų. Varžtus priklijuojame prie strypo, kad vibracija neatsuktų jų nuo rėmo.
6. Belieka tik įdiegti apsaugą. Paimkite storą vielą ir sulenkite ją į žiedą. Pažymėtos horizontalios linijos vietoje pritvirtiname ją prie savo gaminio. Giroskopas yra paruoštas. Apvyniojame sriegį aplink ašį ir staigiai traukdami patikriname jo funkcionalumą.