Ar vairāk nekā 8 gadu pieredzi galaktikas projektoru, lavas lampu, Nixie pulksteņu un zinātnisko dekoru atlasē, testēšanā un kvalitātes novērtēšanā.
Kas ir žiroskops?
Žiroskops ir instruments, kas kalpo, lai uzturētu vai saglabātu objekta orientāciju un leņķa ātrumu. Lai to panāktu, tas izmanto kinētiskā momenta orientācijas saglabāšanas principu. Žiroskops, kas aprīkots ar brīvi rotējošu disku, spēj ieņemt jebkuru iespējamo orientāciju, vienlaikus saglabājot nemainīgu rotācijas asi.
Patiešām, kad giroskopa rotācijas disks griežas, instrumenta rotācijas ass paliek stabila pat uz slīpa atbalsta. Diskam palielinot ātrumu, palielinās arī kinētiskais moments, tādējādi stabilizējot gan giroskopu, gan objektu, kurā tas atrodas.
Precesijas kustība
Pilnā rotācijā, ja uz asi iedarbotos kāda spēka, žiroskops zaudētu līdzsvaru. Asis pārvietojas lēnāk, veicot konisku kustību, ko sauc par precesijas kustību. Žiroskops turpina griezties, bet nekrīt.
Žiroskops un kinētiskā kustība
Klasiskajā fizikā un mehānikā žiroskops un kinētiskā kustība ir nesaraujami saistīti. Ja pirmais apzīmē mehānismu rotācijas un leņķa pozīcijas novērošanai, otrs ir vektora lielums, ko izmanto šīs pašas rotācijas saglabāšanai. Uzziniet šeit visu, kas jāzina par žiroskopu un kinētisko momentu.
Kinētiskais moments
Kinētiskais moments, ko sauc arī par leņķmomentu, ir vektora lielums, kam ir tāds pats virziens un tāds pats zīmējums kā leņķiskajam ātrumam. Lai tas būtu iespējams, objekta rotācijas asij jābūt arī tā simetrijas asij.
Saskaņā ar Vikipēdiju, no materiālā punkta M līdz punktam O kinētiskais moments ir vienāds ar impulsa momentu attiecībā pret punktu O. Ja kinētiskais moments nemainās, rotācijas ass paliek stabila. Tas ir kinētiskā momenta saglabāšanās princips jeb žiroskopiskais efekts.
Žiroskopiskais efekts
Lai konkrēti izprastu šo mehānismu, ņemiet velosipēda ratu. Turiet to izstieptā rokā, satverot rumbas uzgriežņus. Lūdziet kādam ātri pagriezt ratu. Ja mēģināsiet noliekties uz griežamā riteņa pusi, sajutīsiet pretestību. Tieši rotācijas momenta saglabāšanās pretodas šai kustībai. Tieši ģiroskopiskais efekts ļauj šim riteņam saglabāt līdzsvaru. Ir svarīgi atzīmēt, ka ģiroskopiskais efekts palielinās līdz ar rotācijas ātrumu.
Žiroskopa vēsture
Pirmo trīsasu žiroskopu 1852. gadā izgudroja Leons Fuko. Viņš ir pazīstams kā Fuko pendula izgudrotājs. Veicot eksperimentu, kas saistīts ar Zemes rotāciju, Fuko pamanīja, ka viņa penduls griežas lēnāk nekā Zeme. Šis eksperiments viņu pamudināja izstrādāt ierīci, kas spētu saglabāt ātru rotāciju pietiekami ilgu laiku. Kopā ar savu kolēģi Formentu viņš izgudroja žiroskopu. Viņš arī pamanīja, ka šī jaunā ierīce spēj norādīt ziemeļus un orientēties pēc meridiāna. Viņš to nosauca par žiroskopisko kompasu.
Sākot ar 19. gadsimta beigām, parādījās pirmie motorizētie žiroskopi. Žirokompasi tagad tiek izmantoti, lai norādītu ģeogrāfisko ziemeļu virzienu, nevis magnētisko ziemeļu virzienu. Tie arī aizstāj kuģu kompasus. Sākot ar 20. gadsimtu, žiroskopiskie kompasi tika izmantoti militārajā aprīkojumā.
Mūsdienās žiroskopus izmanto arī elektronisko ierīču stabilitātes nodrošināšanai. Tagad tos var atrast ne tikai pulksteņos, bet arī viedtālruņos, kur tie ir elektromehānisko inerciālo mikrosistēmu veidā.
Žiroskopa komponenti
Mehāniskais žiroskops galvenokārt sastāv no šādām sastāvdaļām:
- rotējošs disks centrā. Šī diska centrā atrodas žiroskopa smaguma centrs, bez kura instruments nevar darboties.
- griešanās ass, kas iet caur diska centru un ir vērsta jebkurā virzienā.
- Trīs kardaniskie savienojumi (griežamais stiprinājums, kas ļauj objektam griezties ap vienu asi), kas nodrošina trīsasu žiroskopu:
- Pirmais ir piestiprināts pie ass ar lodīšu gultņiem.
- Otrais ir piestiprināts pie iekšējās ass
- Trešais ir piestiprināts pie ārējā rāmja
Žiroskopa pielietojumi
Mūsdienās žiroskopu izmanto ne tikai fizikā, bet arī daudzās citās jomās (rūpniecībā, aviācijā, naftas rūpniecībā utt.). To izmanto:
- torpēdu un raķešu vadīšanā
- Lidmašīnas pagriezienu koordinēšanai vai norādīšanai
- Dažu stresa mazināšanas priekšmetu, piemēram, vērpju, jojo, vortikonu vai spineru, ražošanā
- kameras stabilizēšanai, filmējot kustīgu objektu
- Motociklu, velosipēdu vai divriteņu transportlīdzekļu, kas brauc līdzsvarā, būvniecība
- Radio vadāmu helikopteru būvniecība un daudzas citas lietas
Turklāt šo instrumentu izmanto arī kosmosa stacijās, uz kosmosa teleskopa „Hubble” un dažādās citās jomās, kas ir fizikas ekspertu kompetencē.