Некоторые применения гироскопов.

Гироскопы нашли широкое применение в морской и авиационной практике, где они служат для определения направления (гирокомпас) и горизонта (гирогоризонт). В этих приборах используются быстровращающиеся симметричные гироскопы с тремя степенями свободы. Три степени свободы обеспечиваются специальным кардановым подвесом (рис. 244).

Рис. 244

Ротор гироскопа представляет собой тяжелый маховичок, который приводится в движение от мотора и подвешен в двух кольцах, как показано на рис. 244. Наружное кольцо может свободно вращаться в неподвижных подшипниках, а внутреннее — в подшипниках, укрепленных в наружном кольце. Гироскоп, центр тяжести которого совпадает с неподвижной точкой (точкой пересечения подвижных и неподвижной осей вращения колец и ротора), называется астатическим. Если ротору астатического гироскопа сообщить быстрое вращение вокруг собственной оси, то вследствие отсутствия момента внешних сил, вектор момента количества движения этого гироскопа будет сохранять постоянными величину и направление. Если приложить к собственной оси гироскопа некоторую силу F, то действие этой силы сведется к действию пары сил с моментом

где — расстояние от неподвижной точки О до линии действия силы F, и ось гироскопа начнет вращаться со скоростью

вокруг прямой, проходящей через точку О и параллельной линии действия силы F. Из формулы видно, что чем быстрее будет вращаться гироскоп вокруг своей оси, тем медленнее будет прецессировать эта ось.

Если гироскоп вращается с очень большой скоростью, то небольшие силы, которые всегда имеют место, практически не будут изменять направления оси вращения гироскопа. Направленная в начальный момент на какую-нибудь неподвижную звезду ось гироскопа будет все время сохранять это направление и, следовательно, будет совершать суточное вращение относительно Земли. На этом принципе основано устройство гироскопического компаса, который в отличие от магнитного компаса не подвержен влиянию аномалий магнитного поля, магнитных бурь и т. п.

Если с внутренним кольцом карданова подвеса гироскопического компаса жестко связать тяжелую дугу и сообщить ротору гироскопа вращение вокруг горизонтальной оси, не лежащей в меридиональной плоскости, то она, стремясь сохранить неизменное направление, начнет совершать движение относительно Земли. Пусть, например, в начальный момент ось отклонена к востоку от меридиана. Стремясь сохранить постоянное направление при вращении Земли, ось немного поднимется над горизонтом, тяжелая дуга, отклонившись от положения равновесия, создаст момент, действующий на гироскоп. Этот момент будет заставлять гироскоп повернуться в направлении к северу. То же произойдет, если в начальный момент ось гироскопа отклонена к западу.

Аналогичным образом устроен и гирогоризонт — прибор, позволяющий пилоту поддерживать свой самолет в горизонтальном положении, когда естественный горизонт не виден. В гирогоризонте ротор гироскопа вращается вокруг вертикальной оси, сохраняющей свое направление при наклонах самолета.

Мы объяснили здесь только принципиальную схему работы некоторых гироскопических приборов. На самом деле движение гироскопов подчиняется более сложным законам, и необходимо учитывать влияние масс кардановых колец, трения и других причин.