Një ditë pashë një bisedë midis dy miqve, ose më mirë të dashurave:

A: Oh, ju e dini, unë kam një smartphone të ri, madje ka një xhiroskop të integruar

B: Ah, po, edhe unë e shkarkova për vete dhe instalova xhiroskopin për një muaj

A: A je i sigurt që është xhiroskop?

B: Po, një xhiroskop për të gjitha shenjat e zodiakut.

Për të zvogëluar numrin e dialogëve të tillë në botë, ne sugjerojmë të zbuloni se çfarë është një xhiroskop dhe si funksionon.

Xhiroskopi: historia, përkufizimi

Një xhiroskop është një pajisje që ka një bosht të lirë rrotullimi dhe është në gjendje t'i përgjigjet ndryshimeve në këndet e orientimit të trupit në të cilin është instaluar. Kur rrotullohet, xhiroskopi ruan pozicionin e tij të pandryshuar.

Vetë fjala vjen nga greqishtja gyreuо– rrotullohen dhe skopeo- shiko, vëzhgo. Termi xhiroskop u prezantua për herë të parë Jean Foucault në 1852, por pajisja u shpik më herët. Kjo u bë nga një astronom gjerman Johann Bonenberger në 1817.

Janë trupa të ngurtë që rrotullohen me frekuencë të lartë. Boshti i rrotullimit të xhiroskopit mund të ndryshojë drejtimin e tij në hapësirë. Predhat rrotulluese të artilerisë, helikat e avionëve dhe rotorët e turbinave kanë veti xhiroskopi.

Shembulli më i thjeshtë i një xhiroskopi është krye ose tjerrëse e njohur e lodrave për fëmijë. Një trup që rrotullohet rreth një boshti të caktuar, i cili ruan pozicionin e tij në hapësirë ​​nëse xhiroskopi nuk vepron nga ndonjë forcë dhe moment i jashtëm i këtyre forcave. Në të njëjtën kohë, xhiroskopi është i qëndrueshëm dhe është në gjendje t'i rezistojë ndikimit të forcave të jashtme, i cili përcaktohet kryesisht nga shpejtësia e rrotullimit të tij.

Për shembull, nëse e rrotullojmë shpejt majën rrotulluese dhe më pas e shtyjmë, ajo nuk do të bjerë, por do të vazhdojë të rrotullohet. Dhe kur shpejtësia e majës bie në një vlerë të caktuar, do të fillojë precesioni - një fenomen kur boshti i rrotullimit përshkruan një kon, dhe momenti këndor i majës ndryshon drejtimin në hapësirë.

Llojet e xhiroskopëve

Ka shumë lloje të xhiroskopëve: dy Dhe tre shkallësh(ndarja sipas shkallëve të lirisë ose akseve të mundshme të rrotullimit), mekanike, lazer Dhe optike xhiroskopët (ndarja në bazë të parimit të funksionimit).

Le të shohim shembullin më të zakonshëm - xhiroskop rrotullues mekanik. Në thelb, kjo është një majë që rrotullohet rreth një boshti vertikal, i cili rrotullohet rreth një boshti horizontal dhe, nga ana tjetër, është i fiksuar në një kornizë tjetër, e cila rrotullohet rreth një boshti të tretë. Sido që ta kthejmë majën, ajo do të jetë gjithmonë në një pozicion vertikal.

Aplikimet e xhiroskopëve

Për shkak të vetive të tyre, xhiroskopët përdoren gjerësisht. Ato përdoren në sistemet e stabilizimit të anijeve kozmike, në sistemet e navigimit për anijet dhe avionët, në pajisjet e lëvizshme dhe konzolat e lojërave, si dhe si simulatorë.

Pyes veten se si një pajisje e tillë mund të përshtatet në një moderne celular dhe pse është e nevojshme atje? Fakti është se një xhiroskop ndihmon në përcaktimin e pozicionit të pajisjes në hapësirë ​​dhe zbulimin e këndit të devijimit. Sigurisht, telefoni nuk ka një majë që rrotullohet drejtpërdrejt; xhiroskopi është një sistem mikroelektromekanik (MEMS) që përmban përbërës mikroelektronikë dhe mikromekanikë.

Si funksionon kjo në praktikë? Le të imagjinojmë se po luani lojën tuaj të preferuar. Për shembull, gara. Për të kthyer timonin e një makine virtuale, nuk keni nevojë të shtypni asnjë buton, thjesht duhet të ndryshoni pozicionin e veglës tuaj në duart tuaja.

Siç mund ta shihni, xhiroskopët janë pajisje të mahnitshme që kanë vetitë e dobishme. Nëse keni nevojë të zgjidhni problemin e llogaritjes së lëvizjes së një xhiroskopi në një fushë të forcave të jashtme, kontaktoni specialistët e shërbimit të studentëve të cilët do t'ju ndihmojnë ta përballoni atë shpejt dhe me efikasitet!

Një xhiroskop mekanik nuk është një pajisje aq e komplikuar, por funksionimi i tij është një pamje mjaft e bukur. Shkencëtarët kanë studiuar vetitë e tij për më shumë se dyqind vjet. Dikush do të mendonte se gjithçka është studiuar, sepse aplikimi praktik është gjetur prej kohësh dhe tema duhet mbyllur.

Por ka njerëz entuziastë që nuk lodhen të pretendojnë se kur një xhiroskop funksionon, pesha e tij ndryshon kur ai rrotullohet në një drejtim ose në një tjetër ose në një plan të caktuar. Për më tepër, përfundimet duken sikur xhiroskopi e kapërcen gravitetin. Ose formon të ashtuquajturën zonë hije gravitacionale. Dhe së fundi, ka njerëz që thonë se nëse shpejtësia e rrotullimit të xhiroskopit tejkalohet në një vlerë të caktuar kritike, atëherë kjo pajisje fiton peshë negative dhe fillon të fluturojë larg Tokës.

Me çfarë kemi të bëjmë? Mundësia e një përparimi në qytetërim apo iluzion pseudoshkencor?

Teorikisht, një ndryshim në peshë është i mundur, por me shpejtësi kaq të larta sa që është e pamundur të testohet eksperimentalisht në kushte normale. Por ka njerëz që pretendojnë se kanë parë gravitetin e Tokës të kapërcehet me një shpejtësi rrotullimi prej vetëm disa mijëra minutash. Ky eksperiment i kushtohet testimit të kësaj hipoteze.

Karakteristikat e xhiroskopit më të thjeshtë të bërë në shtëpi.

Jo të gjithë janë në gjendje të montojnë një xhiroskop. Auto rul montoi një xhiroskop që peshonte më shumë se 1 kg. Shpejtësia maksimale e rrotullimit 5000 rpm. Nëse efekti i ndryshimit të peshës është vërtet i pranishëm, ai do të jetë i dukshëm në një peshore levë. Saktësia e tyre, duke marrë parasysh fërkimin në menteshat, qëndron brenda 1 g.

Le të fillojmë eksperimentin.

Së pari, le të rrotullojmë xhiroskopin e balancuar plan horizontal në drejtim të akrepave të orës. Një volant rrotullues nuk do të jetë kurrë plotësisht i balancuar sepse nuk mund të jetë i balancuar në mënyrë të përsosur. Po, dhe nuk ka kushineta ideale.

Nga vjen dridhja aksiale dhe radiale, e cila kalon në traun e ekuilibrit? Çfarë mund të rezultojë në shtim apo humbje imagjinare në peshë? Le të përpiqemi të rrotullojmë volantin në drejtimin tjetër për të testuar teorinë se drejtimi i rrotullimit luan një rol rolin kryesor në një eklips gravitacional. Por duket se një mrekulli nuk do të ndodhë kurrë.

Çfarë ndodh nëse varni dhe rrotulloni një xhiroskop në një plan vertikal? Por edhe në këtë rast nuk ndodhin ndryshime në peshore.

Precesioni i detyruar.

Ndoshta në shkollë ose në institut ju treguan një strukturë të tillë për të demonstruar precesion të detyruar. Nëse e rrotulloni xhiroskopin, për shembull, në drejtim të akrepave të orës në një plan vertikal, dhe pastaj e ktheni përsëri në drejtim të akrepave të orës, nëse shikoni nga lart, por në një plan horizontal, atëherë duket se po ngrihet. Në këtë mënyrë, ai reagon ndaj ndikimeve të jashtme dhe përpiqet të kombinojë boshtin dhe drejtimin e rrotullimit të tij me boshtin dhe drejtimin e rrotullimit në rrafshin e ri.

Disa njerëz që papritmas hasin në këtë temë zhvillojnë një kuptim të gabuar të këtij procesi. Duket se një xhiroskop mekanik është i aftë të ngrihet nëse rrotullohet me forcë në një aeroplan të dytë, dhe kështu supozohet se mund të krijohet një motor inovativ. Në të njëjtën kohë, xhiroskopi këtu ngrihet vetëm sepse zmbrapset nga baza rrotulluese, dhe ai, nga ana tjetër, zmbrapset nga tabela. Në gravitetin zero, momenti total i një strukture të tillë do të jetë zero.

Ky produkt i bërë në shtëpi do të jetë interesant, para së gjithash, për fëmijët e vegjël. Sidomos nëse e vendosni së bashku. Në përgjithësi, bërja e një xhiroskopi rrotullues nga materiale të improvizuara është një mënyrë e shkëlqyer për t'u argëtuar dhe e dobishme. kohë e lirë. Pavarësisht kompleksitetit vizual të të gjithë strukturës, është shumë e thjeshtë për t'u bërë, sepse, në fakt, një xhiroskop është një majë e zakonshme, vetëm me një "sekret".

Sidoqoftë, vetë parimi i funksionimit të xhiroskopit është gjithashtu mjaft i thjeshtë: volant rrotullohet në drejtim të akrepave të orës rreth boshtit të tij, i cili, nga ana tjetër, lidhet me unazën dhe bën lëvizje rrotulluese në rrafshin horizontal. Kjo unazë është e fiksuar në mënyrë të ngurtë në një unazë tjetër që rrotullohet rreth një boshti të tretë. Ky është i gjithë sekreti.

Procesi i prodhimit të xhiroskopit mekanik rrotullues

Nga tub plastik prerë dy unaza me të njëjtën gjerësi. Do t'ju duhet gjithashtu një kushinetë, i cili duhet të lyhet me super ngjitës në mënyrë që të mos rrotullohet. Ne shtypim një "tabletë" prej druri në unazën e brendshme, në të cilën duhet të shponi një vrimë në qendër për një shufër metalike me skaje të theksuara.

Ne vendosim një copë tub plastik në njërën skaj të shufrës (mund ta huazoni stilolaps me top). Ne shpojmë dy vrima në unazën plastike për shufrën dhe e lidhim atë me boshtin rrotullues të kushinetës duke përdorur tuba metalikë me diametër më të madh (mund të përdorni seksione të një antene teleskopike).

Xhiroskop i bërë në shtëpi

Xhiroskopi(nga greqishtja e lashtë yupo "rotacion rrethor" dhe okopew "për të parë") - rrotullohet me shpejtësi të ngurta, baza e pajisjes me të njëjtin emër, e aftë për të matur ndryshimet në këndet e orientimit të trupit të lidhur me të në lidhje me sistemin e koordinatave inerciale, zakonisht bazuar në ligjin e ruajtjes së momentit rrotullues (momenti këndor).

Vetë emri "xhiroskop" dhe versioni i punës i kësaj pajisjeje u shpik në 1852 nga francezët. shkencëtari Jean Foucault.

Ndër xhiroskopët mekanikë, ai bie në sy xhiroskop rrotullues- një trup i fortë me rrotullim të shpejtë, boshti i rrotullimit të të cilit është i aftë të ndryshojë orientimin në hapësirë. Në këtë rast, shpejtësia e rrotullimit të xhiroskopit tejkalon ndjeshëm shpejtësinë e rrotullimit të boshtit të tij të rrotullimit. Vetia kryesore e një xhiroskopi të tillë është aftësia për të mbajtur një drejtim konstant të boshtit të rrotullimit në hapësirë ​​në mungesë të ndikimit të momenteve të forcave të jashtme në të.

Për të bërë një xhiroskop na duhet:

1. Një copë petëzuar;
2. Fundi 2 copë. nga një kanaçe prej kallaji;
3. Shkop çeliku;
4. Plastelinë;
5. Arra dhe/ose pesha;
6. Dy vida;
7. Teli (bakër i trashë);
8. Poksipol (ose ngjitës tjetër forcues);
9. Shirit elektrik;
10. Fije (për fillim e diçka tjetër);
11. Si dhe veglat: sharrë, kaçavidë, bërthamë etj...

Ideja e përgjithshme është ilustruar qartë në figurë:

Le të fillojmë:

1) Marrim laminatin dhe presim një kornizë me 8 kënde prej saj (në foto është me 6 kënde). Tjetra, ne shpojmë 4 vrima në të: 2 (në skajet) përgjatë pjesës së përparme, 2 në të gjithë (të njëjtat në skajet), shihni foton. Tani le ta përkulim telin në një unazë (diametri i telit është afërsisht i barabartë me diametrin e kornizës). Le të marrim 2 vida (bulona) dhe të hapim vrima në skajet me një fëndyell ose një bërthamë (në rastin më të keq, mund t'i shponi me një stërvitje).

2) Nevoja për të mbledhur Pjesa kryesore- rotor. Për ta bërë këtë, merrni dy funde nga një kanaçe dhe bëni një vrimë në qendër. Vrima në diametër duhet të korrespondojë me shufrën e boshtit (të cilën do ta fusim atje). Për të bërë një shufër boshti, merrni një gozhdë ose një rrufe të gjatë dhe prisni atë në gjatësi; skajet duhet të mprehen. Për ta bërë shtrirjen më të mirë, futeni shufrën në një stërvitje dhe mprehni atë si në një makinë me një skedar ose guri i farës nga 2 anët. Do të ishte mirë të bëni një zakon mbi të për dredha-dredha me fije. Ne do të përhapim plastelinë në një nga disqet dhe do të fusim arra dhe pesha në të (nëse keni unaza çeliku, kjo është edhe më mirë). Tani i lidhim të dy disqet (si një sanduiç) dhe i shpojmë nëpër vrima me një shufër boshti. Ne e lyejmë të gjithë sendin me Poxypol (ose ngjitës tjetër), futim rotorin tonë në stërvitje dhe ndërsa Poxypol ngurtësohet, ne do ta përqendrojmë diskun (kjo është pjesa më e rëndësishme e punës). Bilanci duhet të jetë i përsosur.

3) Ne montojmë sipas figurës, lëvizja e lirë e rotorit lart e poshtë duhet të jetë minimale (mund ta ndjeni, por vetëm pak).

Mekanike xhiroskopët janë të ndryshme. Veçanërisht interesant është xhiroskopi rrotullues. Thelbi i tij qëndron në faktin se një trup që rrotullohet rreth boshtit të tij është mjaft i qëndrueshëm në hapësirë, megjithëse mund të ndryshojë vetë drejtimin e boshtit. Shpejtësia e rrotullimit të boshtit është dukshëm më e ulët se shpejtësia e rrotullimit të skajeve të xhiroskopit. Rrotullimi i xhiroskopit është i ngjashëm me lëvizjen e një maje rrotulluese në dysheme. Dallimi midis një maje rrotulluese dhe një xhiroskopi është se maja rrotulluese është e lirë në hapësirë, ndërsa xhiroskopi rrotullohet në pika rreptësisht të fiksuara të vendosura në shiritin e jashtëm dhe ka mbrojtje në mënyrë që të mund të vazhdojë të rrotullohet nëse bie.

Do t'ju duhet

• - dy kopertina nga kanaçe prej kallaji
• - një copë petëzuar
• - shirit elektrik
• - arra 6 copë.
• - bosht çeliku ose gozhdë
• - plastelinë
• - ngjitës
• - 2 bulona
• - tel i trashë
• - shpimi, skedari

Udhëzimet

1. Me këto pjesë në dorë, ne mund të fillojmë montimin e rotorit. Hapim vrima pikërisht në qendër të kapakut të kavanozit, mundësisht me të njëjtin gozhdë si ai nga i cili do të bëjmë boshtin e rotorit. Tjetra, duke përdorur plastelinë, ne lidhim arrat në kapak, mund të vendosni më shumë se gjashtë, pesha përgjatë skajit të rotorit do të rrisë kohën e rrotullimit.
2. Më pas bëjmë boshtin. Për ta bërë këtë, fiksoni stërvitjen elektrike në një ves, shtrëngoni gozhdën pa kokë në të dhe mprehni atë me një skedar. Në këtë mënyrë mprehja e boshtit do të vendoset sa më afër qendrës së boshtit. Është e nevojshme të mprehet nga të dyja anët.
3. Pa hequr boshtin e mprehur nga stërvitja, do të bëjmë një brazdë për fillin që do të drejtojë rotorin. Kapakun me arra e lidhim në bosht duke përdorur ngjitës, por mos përdorni atë që ngurtësohet shumë shpejt. Poxipol funksionon mirë. Lyejini arrat me të njëjtin ngjitës.
4. Tani gjëja më e rëndësishme është balancimi. Ndërsa ngjitësi po thahet, ju duhet të vendosni peshat në mënyrë perfekte rreth skajit të kapakut. Ne e ndezim stërvitjen (vertikalisht), nëse rotori rrotullues godet në një drejtim, atëherë një pjesë e ngarkesës nuk pozicionohet saktë. E rregullojmë dhe provojmë përsëri. Lyejmë arrat sipër dhe mbulojmë me kapakun e dytë. Ne ngjitim shirit elektrik në skajet e rotorit. Le ta thajmë. Rotori vetë është gati!
5. Marrim dy bulona më të gjata, i lidhim në një ves dhe hapim vrima në to në të cilat do të fiksohet rotori. Tani duhet të dalim me një kornizë të jashtme. Pritini një rreth nga petëzimi. Është më mirë ta vizatoni paraprakisht me një busull. Vizatoni menjëherë vija vertikale dhe horizontale në një kënd prej 90 gradë. Brenda kemi prerë një rreth më të vogël, por të tillë që rotori të përshtatet atje. Përgjatë vijave horizontale bëjmë vrima për bulonat përballë njëri-tjetrit. Ne vidhosim bulonat. Midis tyre vendosim boshtin e xhiroskopit tonë. Në të njëjtën kohë, nuk mund ta shtrëngoni shumë fort, përndryshe fërkimi do të zvogëlojë shpejtësinë e rrotullimit dhe asgjë nuk do të funksionojë. Lini rreth 1 mm udhëtim, por në mënyrë që xhiroskopi të mos bjerë nga bulonat. Ne i ngjisim bulonat në shirit në mënyrë që dridhja të mos i heqë ato nga korniza.
6. E tëra që mbetet është instalimi i mbrojtjes. Merrni një tel të trashë dhe përkuleni në një unazë. Në vendndodhjen e vijës së shënuar horizontale, ne e lidhim atë me produktin tonë. Xhiroskopi është gati. Ne e mbështjellim fillin rreth boshtit dhe, duke e tërhequr ashpër, kontrollojmë funksionalitetin e tij.