Гироскоп
Гироскоп был изобретён как прибор для ориентации в пространстве. До него люди использовали для ориентации такие приборы, как отвес, уровень, компас, астролябия и другие.
Гироскоп — быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого может изменять направление в пространстве.
Простейшим примером гироскопа являются вращающиеся игрушки типа юлы, йо-йо и спиннера. Колеса велосипеда или мотоцикла работают как гироскопы, и это не даёт ездоку упасть.
Гироскоп изобрёл немецкий математик и астроном Иоанн Боненбергер в 1817 году. Главной частью гироскопа Боненбергера был вращающийся массивный шар в кардановом подвесе.
В 1852 году французский учёный Жан Фуко усовершенствовал гироскоп и впервые использовал его как прибор, показывающий изменение направления вращения Земли. Термин «гироскоп» впервые был введён им, и происходит от греческих слов γῦρος — круг и σκοπέω — смотрю.
С помощью гироскопа наблюдается явление прецессии: когда пытаются повернуть крутящееся тело, возникает сила, которая действует перпендикулярно силе, которую прикладывают к нему. При воздействии момента внешней силы вокруг оси, перпендикулярной оси вращения ротора, гироскоп начинает поворачиваться вокруг оси прецессии, которая перпендикулярна моменту внешних сил.
Гироскопы подразделяются по количеству степеней свободы (осей возможного вращения) на двухстепенные и трёхстепенные, по принципу действия — на механические, оптические и лазерные.
Среди механических гироскопов в основном применяется роторный гироскоп — быстро вращающееся твёрдое тело (ротор). 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 него моментов внешних сил.
Поведение гироскопа в инерциальной системе отсчёта описывается дифференциальным уравнением.
Для управления гироскопом и снятия с него информации используются датчики угла и датчики момента. Гироскоп называют иногда датчиком угловой скорости (ДУС) – это инерциальный датчик, измеряющий угловую скорость вращающегося объекта в °/с.
Люди активно используют свойства гироскопа. Их применяют в морском флоте, авиации, беспилотниках, ракетной и космической технике (гирокомпас, авиагоризонт), для решения разнообразных задач по навигации и управлению подвижными объектами. Минимум три гироскопа нужны для полёта квадрокоптеров.
Также они используются для проведения маркшейдерских и топографических работ вместо компаса. Например, есть гироскопическое визирное устройство гиротеодолит, предназначенное для ориентирования туннелей, шахт, топографической привязки.
В оружейном деле этот принцип используется следующим образом: пуля при стрельбе из нарезного ствола закручивается, что придаёт ей гораздо большую устойчивость и это сильно повышает точность стрельбы. Прецизионные гироскопы используются в системах наведения стратегических ракет большой дальности.
В настоящее время известно более ста различных явлений и физических принципов, которые позволяют решать гироскопические задачи.
По мнению сторонников таких методов навигации, как GPS и ГЛОНАСС, прогресс в области высокоточной спутниковой навигации сделал ненужными автономные гироскопические средства.
Почитать по теме
1. Большая Советская Энциклопедия. Т. 6. / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1970–1978.
2. Бороздин В. Н. Гироскопические приборы и устройства систем управления: Учеб. пособие для вузов. — М.: Машиностроение, 1990. — 272 с.
3. Павловский М. А. Теория гироскопов: Учебник для вузов. — Киев: Вища школа, 1986. — 303 с.