Гироскоп – непоседа
Слово «гироскоп», буквально означающее «указатель вращения», было введено в 1852 году французским физиком Фуко. Фуко назвал так построенный им прибор для демонстрации суточного вращения Земли. В современной технике под гироскопом понимают твердое тело, которое может вращаться вокруг оси симметрии с угловой скоростью, значительно превышающей скорость вращения самой оси симметрии.
Гироскопические эффекты обнаруживаются часто при исследовании взаимодействий между быстро вращающимися маховиками и подшипниками, в которых они установлены. Роторы электродвигателей, крыльчатки газовых турбин, винты самолетов, колеса различных экипажей представляют собой гироскопы, которые в отличие от свободных гироскопов имеют в относительном движении только одну степень свободы.
Чтобы сделать изучение гироскопа более понятным, ленинградские учителя В. И. Хруцкий, Л. Д. Иванов и В. А. Петручик сконструировали прибор, который просто и доходчиво демонстрирует сложное физическое явление.
Общий вид прибора показан на рисунке, где 1 — диск, жестко связанный шпонкой 2 с валом 3; 4 и 5 — опорные подшипники; 6 — рама, состоящая из двух частей — верхней 7 и нижней 8; 9 и 14 — оси; 10 — подшипник; 11 — стойка; 12 — основание; 13 — рукоятка; 15 и 16 — вилки для упора.
Работает прибор так. Диску 1 придается необходимая скорость вращения. Затем с помощью рукоятки 13 гироскопу сообщаются вынужденные движения в разных направлениях горизонтальной плоскости. Но как только ручка 13 повернута в ту или иную сторону, вал 3 с подшипниками 4 и 5 начинает «фокусничать». Он самостоятельно приподнимается на какой-то угол относительно горизонтальной плоскости. При движении рукоятки 13 влево приподнимается левый подшипник, вправо — верхняя часть рамки 7. Если бы упорные вилки были сплошными, «беспокойства» гироскопа не были бы так наглядны.
Опыт этот доказывает, что при значительных скоростях собственного вращения и скорости поворота ручки 13 (представьте, что это поворот корабля или самолета), а также при больших размерах маховика гироскопическое давление может привести к разрушению подшипника. Чтобы разрушений не происходило, силы эти необходимо обязательно учитывать при расчетах и проектировании.
Конструкция наглядного пособия несложная. Но чтобы не возникло лишних трудностей при самостоятельном изготовлении пособия в школьных мастерских, разберемся, какие материалы понадобятся.
Прежде всего необходимо достать два подшипника (какие найдутся, но не очень болшие) и металлический диск диаметром приблизительно 150 мм. Диск из более легкого
материала будет хуже крутиться. В диске просверливается отверстие диаметром 10—12 мм, в него вставляется вал. Все остальные детали прибора, за исключением шпонки 2, осей 9 и 14, вместе с соединяемыми ими скобами можно сделать из гетинакса, текстолита.
Технология изготовления каждой детали, как и сборка устройства в целом, не содержит трудностей. Измерять каждую из деталей нет смысла, ориентируйтесь на соотношения размеров деталей на рисунке. Разгонять гироскоп нужно с помощью двух шнурков, предварительно намотанных на втулки, стоящие за подшипниками или электродвигателем с резиновой шайбой на валу.
П. ПЕТРОВ Рис. А. АНДРЮКОВА. Журнал Юный техник.