Гироскоп. Гироскопический эффект
Гироскопом (или волчком) называют массивное симметричное
тело, вращающееся с большой скоростью вокруг оси симметрии (рис.5.5).
Момент количества движения гироскопа совпадает с его осью
вращения. Для того, чтобы изменить направление в пространстве оси гироскопа,
т.е. направление вектора необходимо в соответствие основным уравнением
динамики вращательного движения подействовать на него моментом внешних сил . Пусть это пара
сил создающая
вращающий момент относительно оси О1О1, лежащей в
плоскости чертежа перпендикулярно оси ОО (вращение вокруг О1О1).
При этом наблюдается следующее явление, получившее название гироскопического
эффекта: под действием пары сил, которые, казалось бы, должны были вызвать
поворот оси гироскопа ОО вокруг оси , ось гироскопа поворачивается вокруг
прямой О2О2 перпендикулярно к этим осям (т.е. к ОО и О1О1).
«Противоестественное» на первый взгляд поведение гироскопа оказывается, как
легко видеть, полностью соответствует законам динамики вращательного движения,
т.е. в конечном счете, законам Ньютона. Рассмотрим поведение гироскопа под
действием момента силы действующего вдоль оси О1О1.
За время момент
количества движения гироскопа получит приращение , которое имеет такое же
направление, как и . Момент количества движения гироскопа спустя
время будет
равен результирующей , лежащей в плоскости чертежа. Направление вектора
совпадает
с новым направлением оси вращения гироскопа. Таким образом, ось гироскопа
повернется вокруг оси О2О2 (перпендикулярной плоскости
чертежа), причем так, что угол между векторами и уменьшится: Если действовать на
гироскоп длительное время постоянным по направлению моментом внешних сил, то
ось гироскопа устанавливается в конце концов так, что ось и направление
собственного вращения совпадают с осью и направлением вращения под действием
внешних сил (вектор , совпадает по направлению с вектором ).