Puncak kecil yang kami takluki dengan membaca dan memahami bab sebelumnya membolehkan kami menjawab soalan yang dikemukakan dalam tajuk tersebut.
Mari kita bayangkan sejenis bahagian atas, contohnya yang diterangkan pada permulaan buku - cakera tembaga nipis (gear) yang dipasang pada paksi keluli nipis Versi atas ini ditunjukkan dalam Rajah 4.
Jangan biarkan kerumitan lukisan itu menakutkan anda, ia hanya nyata. Lagipun, apa yang kompleks hanyalah sesuatu yang tidak cukup difahami. Sedikit usaha dan perhatian - dan semuanya akan menjadi mudah dan jelas.
Rajah.4.
Mari ambil sistem segi empat tepat koordinat xyz dan letakkan pusatnya pada pusat jisim rak, iaitu pada titik CM. Biarkan paksi z melalui paksi putaran pantas sendiri atas, kemudian paksi xyz akan selari dengan satah cakera dan terletak di dalamnya. Mari kita bersetuju bahawa paksi xyz mengambil bahagian dalam semua pergerakan bahagian atas, kecuali putaran pantasnya sendiri.
Di sebelah kanan bucu atas(Gamb. 4, b) kita menggambarkan sistem koordinat yang sama xyz. Kami akan memerlukannya kemudian untuk bercakap "bahasa" vektor.
Pertama, kami tidak akan memutar bahagian atas, dan kami akan cuba meletakkannya dengan hujung bawah paksi pada satah sokongan, sebagai contoh, pada permukaan meja. Hasilnya tidak akan mengecewakan jangkaan kami: bahagian atas pasti akan jatuh di sisinya. Kenapa ini terjadi? Pusat jisim bahagian atas (titik CM) terletak di atas titik sokongannya (titik TENTANG). Daya berat G bahagian atas, seperti yang kita sedia maklum, digunakan pada titik CM. Oleh itu, sebarang sisihan kecil paksi z atas dari menegak B akan menyebabkan kemunculan bahu daya G relatif kepada titik tumpu TENTANG, iaitu kemunculan sekejap M, yang akan menjatuhkan bahagian atas ke arah tindakannya, iaitu, di sekeliling paksi X.
Sekarang mari kita putar bahagian atas mengelilingi paksi z ke halaju sudut tinggi Sh Biarkan, seperti sebelumnya, paksi z bahagian atas dicondongkan dari menegak B dengan sudut kecil, i.e. saat yang sama M bertindak di atas Apakah yang telah berubah sekarang? Seperti yang akan kita lihat nanti, banyak yang telah berubah, tetapi asas perubahan ini adalah hakikat bahawa kini setiap titik material i Cakera sudah mempunyai kelajuan linear V, disebabkan oleh putaran cakera dengan halaju sudut Sh.
Mari kita pilih satu titik dalam cakera, contohnya, titik A, yang mempunyai jisim m A dan terletak pada satah tengah cakera pada jarak r dari paksi putaran (r ialah jejari cakera). Mari kita pertimbangkan ciri-ciri pergerakannya setiap revolusi.
Jadi, dalam detik permulaan masa, titik A, seperti semua titik lain pada cakera, mempunyai halaju linear, vektor yang V A terletak pada satah cakera. Bahagian atas (dan cakeranya) digerakkan oleh momen M, yang cuba* menterbalikkan bahagian atas, memberikan halaju linear ke titik cakera, vektor yang Wi berserenjang dengan satah cakera.
Di bawah pengaruh momen M, titik A mula memperoleh kelajuan W A . Disebabkan oleh undang-undang inersia, kelajuan titik material tidak boleh meningkat serta-merta. Oleh itu, dalam kedudukan awal (titik A berada pada paksi-y), kelajuannya ialah W A =0, dan hanya selepas satu perempat pusingan cakera (apabila titik A, berputar, sudah berada pada paksi X) kelajuannya W A meningkat dan menjadi maksimum. Ini bermakna di bawah pengaruh momen M bahagian atas berputar berputar mengelilingi paksi di, dan bukan di sekeliling paksi X(seperti yang berlaku pada bahagian atas yang tidak dipintal). Fenomena ini menandakan permulaan untuk merungkai misteri puncak.
Putaran bahagian atas di bawah pengaruh momen M dipanggil precession, dan halaju sudut putaran - kelajuan precession, mari kita nyatakan y p Precessing, bahagian atas mula berputar di sekitar paksi y.
Pergerakan ini mudah alih berhubung dengan putaran sendiri (relatif) atas dengan halaju sudut tinggi Shch.
Hasil daripada pergerakan mudah alih, vektor relatif kelajuan linear V Titik bahan A, sudah dikembalikan dan kedudukan permulaan, akan dipusingkan ke arah putaran mudah alih.
Oleh itu, gambar yang sudah biasa kepada kita timbul daripada pengaruh gerakan mudah alih pada gerakan relatif, pengaruh yang menimbulkan pecutan Coriolis.
Arah vektor pecutan Coriolis titik A (mengikut peraturan yang diberikan dalam bab sebelumnya) ditemui dengan memutarkan vektor kelajuan relatif V A dari titik A 90° ke arah putaran mudah alih (precessional) bahagian atas. Pecutan Coriolis a bagi titik A, yang mempunyai jisim mA, menghasilkan daya inersia FK, yang diarahkan bertentangan dengan vektor pecutan a k dan digunakan pada titik material cakera yang bersentuhan dengan titik A.
Penaakulan Dengan cara yang sama, anda boleh mendapatkan arah vektor daya pecutan dan inersia Coriolis untuk sebarang titik bahan lain pada cakera.
Mari kita kembali ke titik A. Daya inersia F K pada bahu r mencipta detik M GA bertindak di atas di sekeliling paksi x. Momen ini, yang dihasilkan oleh daya inersia Coriolis, dipanggil giroskopik.
Nilainya ditentukan menggunakan formula:
M GA = r F k = m A r 2 Shch P = saya A
Saiz saya A = m Ar 2, bergantung kepada jisim titik dan jaraknya dari paksi putaran, dipanggil momen paksi inersia titik. Momen inersia suatu titik ialah ukuran inersianya dalam gerakan putaran. Konsep momen inersia telah diperkenalkan ke dalam mekanik oleh L. Euler.
Bukan sahaja mata individu, tetapi juga seluruh badan mempunyai momen inersia, kerana ia terdiri daripada individu mata material. Dengan mengambil kira perkara ini, mari kita cipta formula untuk momen giroskopik MG yang dicipta oleh cakera atas. Untuk melakukan ini, dalam formula sebelumnya kita menggantikan momen inersia titik saya A pada saat inersia cakera saya D, dan halaju sudut Shch dan Shch P akan kekal sama, kerana semua titik cakera (kecuali yang terletak masing-masing pada paksi seladang) berputar dengan halaju sudut yang sama Shch dan Shch P.
TIDAK. Zhukovsky, "bapa penerbangan Rusia," yang juga terlibat dalam kajian mekanik gasing dan giroskop, merumuskan peraturan mudah berikut untuk menentukan arah momen giroskopik (Rajah 4, b): momen giroskop cenderung untuk menggabungkan vektor momen kinetik H dengan vektor halaju sudut putaran mudah alih u P sepanjang laluan terpendek.
Dalam kes tertentu, kelajuan putaran mudah alih ialah kelajuan precession.
Dalam amalan, peraturan yang sama juga digunakan untuk menentukan arah precession: precession cenderung untuk menggabungkan vektor momentum kinetik H dengan vektor momentum kekuatan fizikal M sepanjang laluan terpendek.
Ini peraturan mudah terletak pada asas fenomena giroskopik, dan kami akan menggunakannya secara meluas pada masa hadapan.
Tetapi mari kita kembali ke atas. Mengapa ia tidak jatuh, memutarkan paksi x, adalah jelas - momen giroskopik menghalangnya. Tetapi mungkin ia akan jatuh, berputar mengelilingi paksi-y akibat daripada precession? Juga tidak! Hakikatnya, semasa ia mendahului, bahagian atas mula berputar mengelilingi paksi-y, yang bermaksud bahawa daya berat G mula mencipta momen yang bertindak di atas di sekeliling paksi yang sama. Gambar ini sudah biasa kepada kami; kami memulakan pertimbangan kami tentang kelakuan gasing berputar dengannya. Akibatnya, dalam kes ini juga, perarakan dan momen giroskopik akan timbul, yang tidak akan membenarkan bahagian atas condong mengelilingi paksi-y untuk masa yang lama, tetapi akan memindahkan pergerakan bahagian atas ke satah lain, dan di mana fenomenanya akan berulang lagi.
Oleh itu, manakala halaju sudut putaran sendiri U atas adalah besar, momen graviti menyebabkan precession dan momen giroskopik, yang menghalang bahagian atas daripada jatuh ke satu arah. Ini menerangkan kestabilan paksi r putaran bahagian atas. Membenarkan beberapa pemudahan, kita boleh mengandaikan bahawa hujung paksi atas, titik K, bergerak dalam bulatan dan paksi putaran itu sendiri z menerangkan dalam ruang permukaan kon dengan bucu pada satu titik TENTANG.
Gasing berputar ialah contoh pergerakan jasad yang mempunyai satu titik tetap (untuk gasing ialah titik O). Masalah sifat pergerakan badan seperti itu dimainkan peranan penting dalam pembangunan sains dan teknologi, ramai saintis cemerlang menumpukan kerja mereka untuk penyelesaiannya.
Daripada ribuan orang yang bermain gasing semasa kanak-kanak, tidak ramai yang dapat menjawab soalan ini dengan betul. Bagaimana sebenarnya, bolehkah kita menjelaskan hakikat bahawa bahagian atas berputar, diletakkan secara menegak atau cenderung, tidak terbalik, bertentangan dengan semua jangkaan? Kekuatan apakah yang menahannya dalam kedudukan yang kelihatan tidak stabil? Tidakkah rasa berat memberi kesan kepadanya?
Terdapat interaksi kuasa yang sangat menarik berlaku di sini. Teori gasing berputar bukanlah mudah, dan kita tidak akan mendalaminya. Mari kita gariskan hanya sebab utama mengapa bahagian atas berputar tidak jatuh.
Dalam Rajah. 26 menunjukkan gasing berputar mengikut arah anak panah. Perhatikan bahagian itu A rim dan bahagiannya DALAM, sebaliknya. Bahagian A cenderung untuk berpindah dari anda, sebahagian DALAM- kepada awak. Sekarang perhatikan jenis pergerakan yang diterima bahagian ini apabila anda condongkan paksi bahagian atas ke arah anda. Dengan tolakan ini anda memaksa bahagian itu A bergerak ke atas bahagian DALAM- ke bawah; kedua-dua bahagian menerima tolakan pada sudut tepat dengan bahagiannya pergerakan sendiri. Tetapi oleh kerana semasa putaran pantas bahagian atas kelajuan persisian bahagian cakera adalah sangat tinggi, kelajuan tidak ketara yang anda laporkan, menambah sehingga kelajuan bulat besar titik, memberikan hasil yang sangat hampir dengan kelajuan bulat ini - dan pergerakan bahagian atas hampir tidak berubah. Ini menjelaskan mengapa bahagian atas nampaknya menentang percubaan untuk menjatuhkannya. Lebih besar bahagian atas dan lebih cepat ia berputar, lebih degil ia menahan terbalik.
Kenapa bahagian atas tidak jatuh?
Intipati penjelasan ini secara langsung berkaitan dengan hukum inersia. Setiap zarah bahagian atas bergerak dalam bulatan dalam satah berserenjang dengan paksi putaran. Menurut hukum inersia, pada setiap saat zarah cenderung bergerak dari bulatan ke garis lurus tangen ke bulatan. Tetapi setiap tangen terletak dalam satah yang sama dengan bulatan itu sendiri; oleh itu, setiap zarah cenderung untuk bergerak supaya kekal pada setiap masa dalam satah berserenjang dengan paksi putaran. Ia berikutan bahawa semua satah di bahagian atas, berserenjang dengan paksi putaran, cenderung untuk mengekalkan kedudukannya di angkasa, dan oleh itu, serenjang biasa dengan mereka, iaitu, paksi putaran itu sendiri, juga cenderung untuk mengekalkan arahnya.
Gasing yang berputar, dilemparkan, mengekalkan arah asal paksinya.
Kami tidak akan mempertimbangkan semua pergerakan bahagian atas yang berlaku apabila daya luar bertindak ke atasnya. Ini memerlukan terlalu banyak penerangan terperinci, yang mungkin kelihatan membosankan. Saya hanya ingin menerangkan sebab keinginan mana-mana badan berputar untuk mengekalkan arah paksi putaran tidak berubah.
Harta ini digunakan secara meluas Teknologi moden. Pelbagai peranti giroskopik (berdasarkan sifat atas) - kompas, penstabil, dll. - dipasang pada kapal dan pesawat. [Putaran memastikan kestabilan projektil dan peluru dalam penerbangan, dan juga boleh digunakan untuk memastikan kestabilan peluru angkasa - satelit dan roket - semasa ia bergerak (Nota Editor).]
Begitulah keadaannya kegunaan yang berfaedah mainan yang kelihatan mudah.
Daripada ribuan orang yang bermain gasing semasa kanak-kanak, tidak ramai yang dapat menjawab soalan ini dengan betul. Bagaimana sebenarnya, bolehkah kita menjelaskan hakikat bahawa bahagian atas berputar, diletakkan secara menegak atau cenderung, tidak terbalik, bertentangan dengan semua jangkaan? Kekuatan apakah yang menahannya dalam kedudukan yang kelihatan tidak stabil? Tidakkah rasa berat memberi kesan kepadanya?
Terdapat interaksi kuasa yang sangat menarik berlaku di sini. Teori gasing berputar bukanlah mudah, dan kita tidak akan mendalaminya. Mari kita gariskan hanya sebab utama mengapa bahagian atas berputar tidak jatuh.
Dalam Rajah. 26 menunjukkan gasing berputar mengikut arah anak panah. Perhatikan bahagian A pada rimnya dan bahagian B bertentangan dengannya. Bahagian A cenderung menjauhi anda, bahagian B ke arah anda. Sekarang perhatikan jenis pergerakan yang diterima bahagian ini apabila anda condongkan paksi bahagian atas ke arah anda. Dengan tolakan ini anda memaksa bahagian A untuk bergerak ke atas, bahagian B untuk bergerak ke bawah; kedua-dua bahagian menerima tolakan pada sudut tepat dengan gerakan mereka sendiri. Tetapi oleh kerana semasa putaran pantas bahagian atas kelajuan persisian bahagian cakera adalah sangat tinggi, kelajuan tidak ketara yang anda laporkan, menambah sehingga kelajuan bulat besar titik, memberikan hasil yang sangat hampir dengan kelajuan bulat ini - dan pergerakan bahagian atas hampir tidak berubah. Ini menjelaskan sebab bahagian atas nampaknya menentang percubaan untuk menjatuhkannya. Lebih besar bahagian atas dan lebih cepat ia berputar, lebih degil ia menahan terbalik.
Rajah 26. Mengapa bahagian atas tidak jatuh?
Rajah 27. Gasing yang berputar, apabila dibaling, mengekalkan arah asal paksinya.
Intipati penjelasan ini secara langsung berkaitan dengan hukum inersia. Setiap zarah bahagian atas bergerak dalam bulatan dalam satah berserenjang dengan paksi putaran. Menurut hukum inersia, pada setiap saat zarah cenderung bergerak dari bulatan ke garis lurus tangen ke bulatan. Tetapi setiap tangen terletak dalam satah yang sama dengan bulatan itu sendiri; oleh itu, setiap zarah cenderung untuk bergerak supaya kekal pada setiap masa dalam satah berserenjang dengan paksi putaran. Ia berikutan bahawa semua satah di bahagian atas, berserenjang dengan paksi putaran, cenderung untuk mengekalkan kedudukannya di angkasa, dan oleh itu, serenjang biasa dengan mereka, iaitu, paksi putaran itu sendiri, juga cenderung untuk mengekalkan arahnya.
Kami tidak akan mempertimbangkan semua pergerakan bahagian atas yang berlaku apabila daya luar bertindak ke atasnya. Ini memerlukan penjelasan yang terlalu banyak terperinci, yang mungkin kelihatan membosankan. Saya hanya ingin menjelaskan sebab keinginan mana-mana badan berputar untuk mengekalkan arah paksi putaran tidak berubah.
Harta ini digunakan secara meluas oleh teknologi moden. Pelbagai peranti giroskopik (berdasarkan sifat atas) - kompas, penstabil, dll. - dipasang pada kapal dan pesawat.
Begitulah kegunaan berguna mainan yang kelihatan mudah.
Seni jugglers
banyak silap mata yang menakjubkan Pelbagai program jugglers juga berdasarkan sifat badan berputar untuk mengekalkan arah paksi putaran. Izinkan saya memetik petikan daripada buku yang mengujakan ahli fizik Inggeris prof. Gasing Berputar John Perry.
Rajah 28. Bagaimana syiling yang dilambung dengan putaran terbang.
Rajah 29. Syiling yang dilambung tanpa putaran mendarat dalam kedudukan rawak.
Rajah 30. Topi yang dibaling lebih mudah ditangkap jika ia telah diberi putaran di sekeliling paksinya.
Pada suatu hari saya menunjukkan beberapa eksperimen saya kepada penonton sambil minum kopi dan menghisap tembakau di dalam bilik yang indah Dewan Konsert"Victoria" di London. Saya cuba menarik minat pendengar saya sebanyak yang saya boleh, dan bercakap tentang bagaimana cincin rata mesti diberi putaran jika seseorang ingin melemparkannya supaya seseorang dapat menunjukkan terlebih dahulu di mana ia akan jatuh; Mereka melakukan perkara yang sama jika mereka ingin membaling topi kepada seseorang supaya dia dapat menangkap objek ini dengan kayu. Anda sentiasa boleh bergantung pada rintangan yang dikenakan oleh badan berputar apabila arah paksinya diubah. Saya selanjutnya menjelaskan kepada pendengar saya bahawa, setelah menggilap laras meriam dengan lancar, seseorang tidak boleh mengharapkan ketepatan penglihatan; Akibatnya, muncung rifled kini dibuat, iaitu, ia dipotong dalam muncung pistol ialah alur berbentuk lingkaran di mana tonjolan bola meriam atau peluru sesuai, supaya yang terakhir mesti menerima pergerakan putaran, apabila kuasa letupan serbuk mesiu memaksanya bergerak di sepanjang saluran meriam. Terima kasih kepada ini, peluru meninggalkan pistol dengan pergerakan putaran yang ditakrifkan dengan tepat.
Itu sahaja yang dapat saya lakukan semasa kuliah ini, kerana saya tidak mempunyai ketangkasan dalam membaling topi atau cakera. Tetapi selepas saya menghabiskan kuliah saya, dua pemain sulap muncul di atas pentas, dan saya tidak boleh mengharapkan ilustrasi yang lebih baik tentang undang-undang yang disebutkan di atas daripada yang diberikan oleh setiap helah individu yang dilakukan oleh kedua-dua artis ini. Mereka membaling topi berputar, gelung, pinggan, payung antara satu sama lain... Salah seorang pemain sulap melemparkan ke udara keseluruhan baris pisau, menangkapnya lagi dan lagi melemparkannya dengan sangat tepat; penonton saya, baru sahaja mendengar penjelasan fenomena ini, bergembira dengan keseronokan; dia perasan putaran yang diberikan oleh juggler kepada setiap pisau, melepaskannya dari tangannya, supaya dia mungkin tahu dalam kedudukan yang mana pisau itu akan kembali kepadanya semula. Saya kemudian kagum bahawa hampir tanpa pengecualian semua helah juggling yang dilakukan pada petang itu adalah ilustrasi prinsip yang dinyatakan di atas."
Mungkin setiap daripada kita mempunyai mainan gasing berputar pada zaman kanak-kanak. Alangkah menariknya untuk menontonnya berputar! Dan saya benar-benar ingin memahami mengapa gasing berputar pegun tidak boleh berdiri secara menegak, tetapi apabila anda melancarkannya, ia mula berputar dan tidak jatuh, mengekalkan kestabilan pada satu sokongan.
Walaupun gasing berputar hanyalah mainan, ia telah menarik perhatian ahli fizik. Gasing berputar adalah salah satu jenis badan, yang dalam fizik dipanggil gasing. Sebagai mainan, ia selalunya mempunyai reka bentuk yang terdiri daripada dua separuh kon yang disambungkan bersama, dengan paksi berjalan melalui tengah. Tetapi bahagian atas boleh mempunyai bentuk yang berbeza. Sebagai contoh, gear mekanisme jam juga merupakan bahagian atas, seperti giroskop - cakera besar yang dipasang pada batang. Bahagian atas paling mudah terdiri daripada cakera dengan paksi dimasukkan ke tengah.
Tiada apa-apa yang boleh memaksa gasing untuk kekal tegak apabila ia tidak bergerak. Tetapi sebaik sahaja anda membuka lilitannya, ia akan berdiri teguh pada hujung yang tajam. Dan apa kelajuan lebih pantas putarannya, semakin stabil kedudukannya.
Mengapa gasing berputar tidak jatuh?
Klik pada gambar
Mengikut undang-undang inersia, ditemui oleh Newton, semua badan yang bergerak cenderung untuk mengekalkan arah pergerakan dan magnitud kelajuan. Sehubungan itu, bahagian atas berputar juga mematuhi undang-undang ini. Daya inersia menghalang bahagian atas daripada jatuh, cuba mengekalkan sifat asal pergerakan. Sudah tentu, graviti cuba untuk menjatuhkan bahagian atas, tetapi semakin cepat ia berputar, semakin sukar untuk mengatasi daya inersia.
Precession atas
Mari tolak bahagian atas berputar lawan jam mengikut arah yang ditunjukkan dalam rajah. Di bawah pengaruh daya yang dikenakan, ia akan condong ke kiri. Titik A bergerak ke bawah, dan titik B bergerak ke atas. Kedua-dua mata, mengikut undang-undang inersia, akan menahan tolakan, cuba kembali ke kedudukan awal. Akibatnya, daya precessional akan timbul, diarahkan berserenjang dengan arah tolakan. Bahagian atas akan berpusing ke kiri pada sudut 90° berbanding daya yang dikenakan padanya. Jika putaran mengikut arah jam, ia akan berpusing ke kanan pada sudut yang sama.
Sekiranya bahagian atas tidak berputar, maka di bawah pengaruh graviti ia akan segera jatuh ke permukaan di mana ia berada. Tetapi semasa berputar, ia tidak jatuh, tetapi, seperti badan berputar lain, menerima momentum sudut (momentum sudut). Magnitud momen ini bergantung pada jisim bahagian atas dan kelajuan putaran. Daya putaran timbul, yang memaksa paksi bahagian atas mengekalkan sudut kecondongan berbanding menegak semasa putaran.
Lama kelamaan, kelajuan putaran bahagian atas berkurangan dan pergerakannya mula perlahan. Titik atasnya secara beransur-ansur menyimpang dari kedudukan asalnya ke sisi. Pergerakannya berlaku dalam lingkaran yang menyimpang. Ini ialah pendahuluan paksi atas.
Kesan precession juga boleh diperhatikan jika, tanpa menunggu putarannya perlahan, anda hanya menolak bahagian atas, iaitu, memohon padanya kuasa luar. Momen daya yang dikenakan mengubah arah momentum sudut paksi atas.
Telah disahkan secara eksperimen bahawa kadar perubahan momentum sudut badan berputar adalah berkadar terus dengan magnitud momen daya yang dikenakan pada jasad itu.
Giroskop
Klik pada gambar
Jika anda cuba menolak gasing yang berputar, ia akan berayun dan kembali ke kedudukan menegak. Lebih-lebih lagi, jika anda membuangnya, paksinya masih akan mengekalkan arahnya. Sifat atas ini digunakan dalam teknologi.
Sebelum manusia mencipta giroskop, ia digunakan cara yang berbeza orientasi dalam ruang. Ini adalah garis tegak dan aras, yang asasnya adalah graviti. Kemudian mereka mencipta kompas, yang menggunakan kemagnetan Bumi, dan astrolab, yang prinsipnya berdasarkan lokasi bintang. Tetapi dalam keadaan yang sukar peranti ini tidak boleh sentiasa berfungsi.
Operasi giroskop, dicipta dalam awal XIX abad oleh ahli astronomi dan ahli matematik Jerman Johann Bonenberger, tidak bergantung pada cuaca buruk, goncangan, pitching atau gangguan elektromagnet. Peranti ini ialah cakera logam berat dengan paksi melalui pusat. Keseluruhan struktur ini dimasukkan ke dalam cincin. Tetapi ia mempunyai satu kelemahan yang ketara - kerjanya menjadi perlahan disebabkan oleh daya geseran.
Pada separuh kedua abad ke-19, ia dicadangkan untuk menggunakan motor elektrik untuk mempercepat dan mengekalkan operasi giroskop.
Pada abad kedua puluh, giroskop menggantikan kompas dalam kapal terbang, roket, dan kapal selam.
Dalam girocompass, roda berputar (rotor) dipasang di gimbal, yang merupakan sokongan artikulasi universal di mana badan tetap bebas berputar serentak dalam beberapa satah. Selain itu, arah paksi putaran badan akan kekal tidak berubah tanpa mengira bagaimana lokasi suspensi itu sendiri berubah. Suspensi jenis ini sangat mudah digunakan di mana terdapat pergerakan. Lagipun, objek tetap di dalamnya akan mengekalkan kedudukan menegak tidak kira apa.
Rotor giroskop mengekalkan arahnya di angkasa. Tetapi Bumi berputar. Dan ia akan kelihatan kepada pemerhati bahawa dalam 24 jam paksi pemutar membuat giliran penuh. Dalam gyrocompass, rotor dipegang dalam kedudukan mendatar menggunakan pemberat. Graviti mencipta tork, dan paksi rotor sentiasa diarahkan ke utara.
Giroskop telah menjadi elemen yang paling penting sistem navigasi pesawat dan kapal.
Dalam penerbangan, peranti yang dipanggil horizon buatan digunakan. Ini ialah peranti giroskopik yang menentukan sudut gulungan dan pic.
Penstabil gyroscopic juga telah dibuat berdasarkan bahagian atas. Cakera yang berputar dengan pantas menghalang perubahan dalam paksi putaran dan "quenches" pitching pada kapal. Penstabil sedemikian juga digunakan dalam helikopter untuk menstabilkan keseimbangannya secara menegak dan mendatar.
Bukan atas sahaja boleh jimat kedudukan stabil berbanding dengan paksi putaran. Jika badan mempunyai yang betul bentuk geometri, apabila berputar, ia juga mampu mengekalkan kestabilan.
"Saudara mara" orang atasan
Bahagian atas mempunyai "saudara mara". Ini adalah basikal dan peluru senapang. Pada pandangan pertama mereka benar-benar berbeza. Apa yang menyatukan mereka?
Setiap satu roda basikal boleh dianggap sebagai gasing. Jika roda tidak bergerak, basikal itu jatuh di sisinya. Dan jika mereka berguling, maka dia mengekalkan keseimbangannya.
Dan peluru yang dilepaskan dari senapang juga berputar dalam penerbangan, sama seperti gasing. Ia berkelakuan seperti ini kerana laras senapang mempunyai senapang skru. Apabila peluru meluru melalui mereka, ia menerima gerakan putaran. Dan di udara ia mengekalkan kedudukan yang sama seperti dalam tong, dengan hujung tajam ke hadapan. Peluru meriam berputar dengan cara yang sama. Tidak seperti meriam lama yang melepaskan bebola meriam, jarak penerbangan dan ketepatan peluru tersebut lebih tinggi.
Gasing yang baik harus berputar dengan mudah. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk meletakkan pusat graviti dengan betul Pada kelajuan tinggi, bahagian atas berputar berusaha untuk mengekalkan kedudukan paksinya tidak berubah dan tidak jatuh. Secara beransur-ansur, disebabkan geseran, kelajuan putaran berkurangan. Dan apabila kelajuan menjadi tidak mencukupi, paksi lingkaran atas menjauhi menegak, diikuti dengan kejatuhan.
Daripada ribuan orang yang bermain gasing semasa kanak-kanak, tidak ramai yang dapat menjawab soalan ini dengan betul. Sebenarnya, bagaimana kita boleh menjelaskan fakta bahawa bahagian atas berputar, diletakkan secara menegak atau malah serong, tidak terbalik bertentangan dengan semua jangkaan?
Kekuatan apakah yang menahannya dalam kedudukan yang kelihatan tidak stabil? Tidakkah rasa berat memberi kesan kepadanya? Terdapat interaksi kuasa yang sangat menarik berlaku di sini. Teori gasing berputar bukanlah mudah, dan kita tidak akan mendalaminya. Mari kita gariskan sahaja sebab utama, akibatnya bahagian atas berputar tidak jatuh.
Rajah menunjukkan bahagian atas berputar mengikut arah anak panah. Perhatikan bahagian A pada rimnya dan bahagian B bertentangan dengannya. Bahagian A cenderung menjauhi anda, bahagian B ke arah anda. Sekarang perhatikan jenis pergerakan yang diterima bahagian ini apabila anda condongkan paksi bahagian atas ke arah anda.
Dengan tolakan ini anda memaksa bahagian A untuk bergerak ke atas, bahagian B untuk bergerak ke bawah; kedua-dua bahagian menerima tolakan pada sudut tepat dengan gerakan mereka sendiri. Tetapi oleh kerana semasa putaran pantas bahagian atas kelajuan persisian bahagian cakera adalah sangat tinggi, kelajuan tidak ketara yang anda laporkan, menambah sehingga kelajuan bulat besar titik, memberikan hasil yang sangat hampir dengan kelajuan bulat ini - dan pergerakan bahagian atas hampir tidak berubah.
Ini menjelaskan sebab bahagian atas nampaknya menentang percubaan untuk menjatuhkannya. Lebih besar bahagian atas dan lebih cepat ia berputar, lebih degil ia menahan terbalik.
gasing berputar, dilemparkan, mengekalkan arah asal paksinya.
Intipati penjelasan ini berkaitan secara langsung dengan hukum inersia. Setiap zarah bahagian atas bergerak dalam bulatan dalam satah berserenjang dengan paksi putaran. Menurut hukum inersia, pada setiap saat zarah cenderung bergerak dari bulatan ke garis lurus tangen ke bulatan.
Tetapi setiap tangen terletak dalam satah yang sama dengan bulatan itu sendiri; oleh itu, setiap zarah cenderung untuk bergerak supaya kekal pada setiap masa dalam satah berserenjang dengan paksi putaran.
Ia berikutan bahawa semua pesawat di bahagian atas, berserenjang dengan paksi putaran cenderung untuk mengekalkan kedudukannya di angkasa, dan oleh itu serenjang biasa dengannya, iaitu paksi putaran itu sendiri, juga cenderung untuk mengekalkan arahnya.
Kami tidak akan mempertimbangkan semua pergerakan bahagian atas yang berlaku apabila daya luar bertindak ke atasnya.
Ini memerlukan penjelasan yang terlalu banyak terperinci, yang mungkin kelihatan membosankan.
Saya hanya ingin menerangkan sebab keinginan mana-mana badan berputar untuk mengekalkan arah paksi putaran tidak berubah. Harta ini digunakan secara meluas oleh teknologi moden. Macam-macam giroskop(berdasarkan sifat atas) instrumen - kompas, penstabil, dsb. - dipasang pada kapal dan kapal terbang. Begitulah kegunaan berguna mainan yang kelihatan mudah.
Putaran memastikan kestabilan peluru dan peluru dalam penerbangan, dan juga boleh digunakan untuk memastikan kestabilan peluru angkasa - satelit dan roket - semasa ia bergerak.