§ 23. Гироскопы

Под гироскопом или волчком обычно понимают устройство, которое может вращаться около как угодно ориентированной оси. Если волчок закручен и предоставлен сам себе, то он сохраняет свою ось вращения неизменной, пока на него не действуют силы в этом случае не должно меняться).

Действие силы на ось вращения волчка проявляется весьма неожиданным образом. Это демонстрируется с помощью гироскопа (рис. 35), уравновешенного грузом так, чтобы ось прибора была горизонтальной.

Рис. 35.

Придадим гироскопу вращение в вертикальной плоскости оси подвесим груз Казалось бы, вся правая часть, т. е. гироскоп, должна подняться кверху. Действительно, так было бы, если бы гироскоп не вращался. Вращающийся же гироскоп придет во вращение с постоянной скоростью около вертикальной оси в направлении, показанном пунктиром со стрелкой. Движение происходит под прямым углом к направлению действующей силы.

Описанное явление, при котором ось вращения начинает вращаться около направления силы, называется прецессией. Прецессионное движение волчка хорошо знакомо каждому. Как только ось волчка хоть немного отклонится от вертикали, на волчок начнет действовать опрокидывающий момент силы тяжести. Неподвижный волчок упал бы, но вращающийся волчок начнет прецессировать околб вертикали ось волчка будет описывать конус с вершиной в точке опоры волчка.

Рис. 36.

Обычно вращение волчка носит еще более сложный характер. На прецессионное движение накладывается нутация. Оказывается, что небольшой толчок (который всегда возможен) может заставить ось волчка дрожать (рис. 36). В результате явления нутации ось описывает не окружность, а циклоидальную линию, показанную на рисунке. Впрочем, часто нутационные явления заметны очень слабо.