Axa liberă și axa principală de inerție
Pentru a menține o poziție fixă în spațiu a unei axe de rotație a corpului rigid, este fixat mecanic, în mod tipic folosind rulmenți, adică impactul forțelor externe. Cu toate acestea, există axa de rotație a corpurilor care nu își schimbă orientarea în spațiu, fără nici o acțiune asupra acestor forțe externe. Aceste axe sunt numite axe libere. Se poate demonstra că orice organism are trei axe perpendiculare între ele, care trece prin centrul de masă, care sunt libere. Aceste axe sunt numite și axele principale de inerție.
În prezent, giroscoape numit o clasă foarte largă de dispozitive care folosesc mai mult de o sută de evenimente diferite și principii fizice. In acest laborator, studiem giroscopul clasic, denumit în continuare pur și simplu un giroscop.
Giroscop (sau un top) este simetrică corp masiv rotativ cu o viteză unghiulară ridicată în jurul axei sale de simetrie. Acest lucru va fi numită axa axei giroscop. axa giroscopului este una dintre axele principale de inerție (ax liber). Moment Giroscop puls în acest caz este direcționat de-a lungul axei și este egală cu L = I.
Luați în considerare giroscop echilibrat orientat orizontal (centrul de greutate este situată deasupra punctului de sprijin). Din momentul gravitației este zero, atunci, în conformitate cu legea conservării momentului cinetic L = I = const, adică direcția axei sale de rotație nu se schimbă poziția în spațiu.
Când încercați să provoace axa de rotație a giroscopului se observă un fenomen numit efect giroscopic. Esența efectului: silyF sub acțiunea aplicată pe axa de rotație a giroscopului, axul giroscop este rotit într-un plan perpendicular pe această forță. De exemplu, atunci când acțiunea forței verticale, axul giroscop este rotit într-un plan orizontal. La prima vedere pare nefiresc.
efect giroscopic este explicată după cum urmează (Figura 5). Momentul M de forță F direcționată perpendicular pe axa sa, ca M = [r, F]. vector r-raza din centrul de masă al giroscopului la un punct de aplicare a forței.
In timpul momentul dt puls giroscop L este incrementată dL dt = M * (conform legii de bază a mișcării de rotație) și îndreptate în aceeași direcție ca și M, și devine egală cu L + dL. L + direcția dl coincide cu noua direcție de rotație a axului giroscopului. Astfel, axa giroscop se rotește în planul perpendicular pe forța F la un anumit unghi dφ = | dL | / L = M * dt / L, cu o viteză unghiulară
Viteza unghiulară de rotație a axului giroscopului numita viteză precesie unghiulară și o rotație axă de mișcare giroscop precesie.
M. L. vectori perpendiculare între ele, astfel încât să putem scrie
Această formulă este obținut atunci când M. L. vectori sunt reciproc perpendiculare, dar se poate dovedi că următoarele deține în cazul general.
Rețineți că datele și argumentele de ieșire formule valabile în cazul în care rotația viteza unghiulară a giroscop >> .
De la (9) rezultă că rata de precesiune direct proporțională cu M și invers proporțională cu giroscopul momentul L. Dacă durata impulsului de acțiune a forței este mic, unghiular impuls L este suficient de mare, rata de precesie să fie mici. Prin urmare, acțiunea pe termen scurt a forțelor, practic, nu se schimba orientarea axei giroscopului de rotație în spațiu. Pentru schimbarea ei ar trebui să se aplice forța pentru o lungă perioadă de timp.