Энциклопедия технологий и методик. Как устроен гироскоп: суть, принцип работы, где применяется Гироскоп: история, определение

Среди механических гироскопов выделяется ро́торный гироско́п - быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость
вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его
вращения. Основное свойство такого гироскопа - способность сохранять в
пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии
воздействия на неё моментов внешних сил.

Обязательно посмотрите это видео.
Это магазинный гироскоп:

Да,из мусора))нам понадобится-1.кусок ламината(нашол обрезок у деда на
балконе), 2.Донышко и крышка консервной банки(съел фасоль-получил
банку) 3.Стальная палочка(самая сложная деталь-нашол на улице)
4.Пластилин(спёр у сестры) 5.Гайки или(и)грузила 6.два
шурупа,кернер(острая штука на конце,сойдёт и шило,всё у деда)
6.проволока(медная толстая,у деда нашол)) 7.Поксипол(или др.застывающий
клей,взял у деда)) 8.Изолента(там же)) 9.Нитки(для запуска и кое-чего
ещё,у бабушки)) а так же пила,отвёртка и др…
общая идея понятна тут

далее вырежем из ламината рамку и согнём в кольцо проволоку,так же в
шурупах надо пробить по углублению шилом(я не делал заново,я просто
разобрал свой гироскоп и сфоткал части…))

потом соберём главную часть-ротор(или както по другому))берём донышко и
горлышко(они одинаковые)делаем в них по дырке(в цетре!!)дырка должна
быть толщиной с палку железную.Железный стержень обрежем по длине,концы
заточим.Что бы центровка была лучше,вставим стержень в дрель и как на
станке заточим напильником с 2 сторон так же надо сделать канавку для
завода ниткой(на фотке найдётё))на один из дисков намажем пластилина,а
в него напихаем гаек и грузил(у кого есть стальное кольцо-ваще
шикарно)затем соединим оба диска(бутерброд)и проткнём их через дырки
осью.Смаза всё ето дело поксиполом,засунем его(дело))в дрель и пока
поксипол стынет,будем центровать диск(чтоб не бил)ето самая важная
часть работы.Баланс должен быть идеальным.

Однажды я наблюдал разговор двух друзей, точнее подруг:

А: О, знаешь, у меня новый смартфон, в нем есть даже встроенный гироскоп

Б: Аа, да, я тоже скачала себе, поставила гироскоп на месяц

А: Эмм, ты точно уверена, что это гироскоп?

Б: Да, гироскоп для всех знаков зодиака.

Чтобы таких диалогов в мире стало чуть меньше, предлагаем узнать, что такое гироскоп и как он работает.

Гироскоп: история, определение

Гироскоп – прибор, имеющий свободную ось вращения и способный реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором он установлен. При вращении гироскоп сохраняет свое положение неизменным.

Само слово происходит от греческих gyreuо – вращаться и skopeo – смотреть, наблюдать. Впервые термин гироскоп был введен Жаном Фуко в 1852 году, но изобрели прибор раньше. Это сделал немецкий астроном Иоганн Боненбергер в 1817 году.

Представляют собой вращающиеся с высокой частотой твердые тела. Ось вращения гироскопа может изменять свое направление в пространстве. Свойствами гироскопа обладают вращающиеся артиллерийские снаряды, винты самолетов, роторы турбин.

Простейший пример гироскопа – волчок или хорошо всем известная детская игрушка юла. Тело, вращающееся вокруг определенной оси, которая сохраняет положение в пространстве, если на гироскоп не действуют какие-то внешние силы и моменты этих сил. При этом гироскоп обладает устойчивостью и способен противостоять воздействию внешней силы, что во многом определяется его скоростью вращения.

Например, если мы быстро раскрутим юлу, а потом толкнем ее, она не упадет, а продолжит вращение. А когда скорость волчка упадет до определенного значения, начнется прецессия – явление, когда ось вращения описывает конус, а момент импульса волчка меняет направление в пространстве.

Виды гироскопов

Существует множество видов гироскопов: двух и трехстепенные (разделение по степеням свободы или возможным осям вращения), механические , лазерные и оптические гироскопы (разделение по принципу действия).

Рассмотрим самый распространенный пример - механический роторный гироскоп . По сути это волчок, вращающийся вокруг вертикальной оси, которая поворачивается вокруг горизонтальной оси и в свою очередь закреплена в еще одной раме, поворачивающейся уже вокруг третьей оси. Как бы мы не поворачивали волчок, он всегда будет находится именно в вертикальном положении.

Применение гироскопов

Благодаря своим свойствам гироскопы находят очень широкое применение. Они используются в системах стабилизации космических аппаратов, в системах навигации кораблей и самолетов, в мобильных устройствах и игровых приставках, а также в качестве тренажеров.

Интересует, как такой прибор может поместиться в современный мобильный телефон и зачем он там нужен? Дело в том, что гироскоп помогает определить положение устройства в пространстве и узнать угол отклонения. Конечно, в телефоне нет непосредственно вращающегося волчка, гироскоп представляет собой микроэлектромеханическую систему (МЭМС), содержащую микроэлектронные и микромеханические компоненты.

Как это работает на практике? Представим, что вы играете в любимую игру. Например, гонки. Чтобы повернуть руль виртуального автомобиля не нужно нажимать никаких кнопок, достаточно лишь изменить положение своего гаджета в руках.

Как видим, гироскопы – удивительные приборы, обладающие полезными свойствами. Если вам понадобится решить задачу на расчет движения гироскопа в поле внешних сил, обращайтесь к специалистам студенческого сервиса , которые помогут вам справится с ней быстро и качественно!

Самодельный гироскоп

Гироскоп (от др.-греч. yupo «круговое вращение» и okoпеw «смотреть») - быстро вращающееся твёрдое тело, основа одноимённого устройства, способного измерять изменение углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат, как правило основанное на законе сохранения вращательного момента (момента импульса).

Само название "гироскоп" и рабочий вариант этого устройства придумал в 1852 г. французский ученый Жан Фуко.

Среди механических гироскопов выделяется роторный гироскоп - быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство такого гироскопа - способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на неё моментов внешних сил.

Для изготовления гироскопа нам понадобится:

1. Кусок ламината;
2. Донышко 2 шт. от консервной банки;
3. Стальная палочка;
4. Пластилин;
5. Гайки или(и) грузила;
6. Два шурупа;
7. Проволока (медная толстая);
8. Поксипол (или др. застывающий клей);
9. Изолента;
10. Нитки (для запуска и кое-чего ещё);
11. А так же инструмент: пила, отвёртка, керн и др...

Общая идея понятна изложена на рисунке:

Приступаем:

1) Берём ламинат и вырезаем из него 8-ми угольную рамку (на фото она 6-ти угольная). Далее высверливаем в ней 4 дырки: 2 (на концах) по фронту, 2 поперёк (то же на концах), смотри фото. Теперь согнём в кольцо проволоку (диаметр проволоки примерно равен диаметру рамки). Возьмём 2-ва шурупа (болта) и пробьём в них по углублению на концах шилом или керном (на худой конец можно высверлить дрелью).

2) Нужно собрать главную часть - ротор. Для этого берём 2-ва донышка от консервной банки и делаем в них по дырке в центре. Дырка диаметром должна соответствовать ось-стержню (который мы туда вставим). Чтобы сделать ось-стержень возьмём гвоздь или длинный болт и обрежем по длине, концы надо заточить. Чтобы центровка была лучше, вставим стержень в дрель и как на станке заточим напильником или точильным камнем с 2-х сторон. Хорошо бы ещё сделать канавку на нём для завода ниткой. На один из дисков намажем пластилина, и в него напихаем гаек и грузил (у кого есть стальные кольцо, то это ещё лучше). Теперь соединяем оба диска (по типу бутерброд) и протыкаем их через дырки осью-стержнем. Смазываем всё это дело поксиполом (или другим клеем), вставим наш ротор в дрель и пока поксипол застывает, будем центровать диск (это самая важная часть работы). Баланс должен быть идеальным.

3) Собираем по картинке, свободный ход ротора вверх-вниз должен быть минимальным (чувствуется, но чуть-чуть).

Механический гироскоп – не такое уж сложное устройство, при этом его работа – довольно красивое зрелище. Его свойства изучают ученые уже более двухсот лет. Можно было бы подумать, что все изучено, ведь давно уже найдено и практическое применение и тема должна быть закрытой.

Но находятся увлеченные люди, которые не устают утверждать, что при работе гироскопа происходит изменение его веса при вращении в ту или иную сторону или в определенной плоскости. Причем звучат такие выводы, как будто гироскоп преодолевает гравитацию. Или он образует так называемую зону гравитационной тени. И наконец, находятся люди, которые говорят, что если скорость вращения гироскопа превысить до некоторой критической величины, то данное устройство приобретает негативный вес начинает отлетать от Земли.

С чем же мы имеем дело? Возможность прорыва цивилизации или псевдонаучное заблуждение?

Теоретически изменение веса возможно, но на таких больших скоростях, что экспериментально это проверить невозможно в обычных условиях. Но есть люди, которые уверяют, что они видели преодоление земного тяготения при скорости вращения всего в пределах нескольких тысяч минут. Проверке этой гипотезе посвящен данный эксперимент.

Характеристики простейшего самодельного гироскопа.

Далеко не каждому по возможности собрать гироскоп. Авто ролика собрал гироскоп массой более 1 кг. Максимальная скорость вращения 5000 оборотов. Если эффект изменения веса действительно присутствует, он будет заметен на рычажных весах. Их точность, учитывая трение в шарнирах, лежит в пределах 1 гр.

Приступим к эксперименту.

Вначале раскрутим уравновешенный гироскоп в горизонтальной плоскости по часовой стрелке. Вращающийся маховик никогда не будет полностью уравновешен, так как невозможно произвести его идеальную балансировку. Да и нет идеальных подшипников.

Откуда возникает осевая и радиальная вибрация, которая переходит на коромысло весов? В результате чего может возникнуть мнимое увеличение или уменьшение веса? Попробуем раскрутить маховик в другую сторону, чтобы проверить теорию о том что именно направление вращения играет главную роль в гравитационном затмении. Но, похоже, чуда так и не произойдет.

Что будет, если подвесить и раскрутить гироскоп в вертикальной плоскости? Но и в этом случае не происходит никаких изменений на весах.

Принудительная прецессия.

Возможно в школе или в институте вам показывали такую установку для демонстрации принудительной прецессии. Если раскрутить гироскоп, например, по часовой стрелке в вертикальной плоскости, а потом повернуть его опять же по часовой стрелке, если смотреть сверху, но уже в горизонтальной плоскости, то он как бы взлетает. Таким образом он реагирует на внешние воздействия и стремится совместить оснь и направление своего вращения с осью и направлением вращения в новой плоскости.

У некоторых людей внезапно нарывших эту тему, складывается ошибочное понимание этого процесса. Мм кажется, что механический гироскоп способен взлететь, если его принудительно раскрутить во второй плоскости и таким образом якобы можно создать инновационный двигатель. В то же время гироскоп здесь поднимается лишь потому, что отталкивается от вращающейся подставки, а она в свою очередь отталкивается от стола. В невесомости суммарный импульс такой конструкции будет равен нулю.