Гироскоп 2
Гироскопом называют тело, которое симметрично оси вращения и которое быстро вращается вокруг Лсвоей оси. Описать движение гиро-Яскопа очень трудно. Даже используя серьезный математический аппарат, можно лишь приближенно решить эту задачу. Поэтому в сегодняшних опытах мы обратим внимание только на некоторые частные случаи движения гироскопа.
Одно из важнейших свойств гироскопа: сохранять направление своей оси пространстве. Это можно наблюдать на распространенной детской игрушке – волчке. Запустите его на листе картона, а затем подбросьте вверх. Время полета и после падения вниз на картон острием волчок сохранит вертикальное положение оси.
Легко убедиться, что это его свойство связано с быстрым вращением. Повторите опыт, пустив волчок медленнее, чем раньше. Положение оси
данном случае будет неустойчивым. Наши выводы подтвердит и другой опыт: с велосипедным колесом или обручем. Поставим колесо на горизонтальную поверхность и отпустим. Колесо, конечно, упадет. Другое дело, если его покатить. Когда оно катится быстро, то не только не падает, но и сбить-то его трудно. Понаблюдав за движением колеса, мы заметим, что оно, постепенно наклоняясь, поворачивается в сторону наклона. Здесь проявляется новое свойство гироскопа: способность прецессировать.
Тот же эффект можно наблюдать, если воспользоваться обычной монетой. Пустите ее по столу или гладкому полу… Она покатится не прямо, а будет двигаться по кривой, поворачиваясь при этом в сторону своего наклона. Кстати, волчок, запущенный наклонно, также прецессирует: его ось при движении описывает верхним концом круговые траектории.
Явление прецессии часто используют велосипедисты, катаясь «без рук». Вот представим: едущий слегка наклонился влево. Ось переднего колеса тут же получает вращательный момент относительно направления движения велосипеда. Переднее колесо начинает прецессировать и поворачивает влево. Линия соединяющая точки касания переднего и заднего колес с землей, подойдет под центр тяжести седока, и велосипед вновь будет устойчиво двигаться по прямой. Роль велосипедиста при езде «без рук», как видите, не так уж сложна. Ему нужно лишь не мешать прецессионным движениям переднего колеса, которые совершаются автоматически.
Теперь поэкспериментируем с бумерангом. Не обязательно придавать ему крючковатую форму, которая не так уж важна для возвращения бумеранга к месту запуска. Так, кольцо диаметром 20—30см и шириной 2 см, вырезанное из картона толщиной 4 мм, способно проделать такой же полет. Его бросают, придав ему движением руки вращение. С увеличением угла атаки кольцо поднимается, теряя при этом свою скорость и медленно прецессируя. На вершине траектории оно имеет уже значительный угол атаки, начинается скользящий полет. Кольцо продолжает вращаться и направляется к бросавшему.
Бумеранг можно сделать и в виде прямоугольной пластинки, вырезанной также из картона (2,5 х 12 см, толщина 0,5 мм). Такой бумеранг кладут на наклонно расположенную книгу так, чтобы выступал конец. Затем по нему ударяют линейкой. Ее движение при этом параллельно краю книги. Слегка повернув книгу, можно искривить траекторию полета бумеранга.
Журнал Юный физик.