Учебное пособие: Закони збереження та динаміка обертального руху

Рис.2 Рис.3

Гіроскопічний ефект пояснюється таким чином. Момент М пари сил F напрямлений вздовж прямої . За час момент імпульсу L гіроскопа одержує приріст (напрям співпадає з напрямом ) і стане рівним . Напрям вектора L співпадає з новим напрямом вісі обертання гіроскопа повернуться навколо прямої . Якщо час дії сили малий, то хоч момент сил великий, зміна моменту імпульсу гіроскопа буде теж малим. Тому сила практично не призводить до зміни орієнтації вісі обертання гіроскопа в просторі. Для її зміни потрібно прикладати сили довгий час.

Якщо вісь гіроскопа закріплена підшипниками то в наслідок гіроскопічного ефекту виникають так звані гіроскопічні сили, що діють на опори, в яких обертається вісь гіроскопа. Їхню дію необхідно враховувати при конструюванні пристроїв, що містять в собі масивні складові частини, що швидко обертаються (наприклад, підшипники парових турбін на кораблях).

Гіроскопи застосовуються в різних гіроскопічних навігаційних приладах (гірокомпас, гірогоризонт і т.д.). Інше важливе застосування гіроскопів - підтримання заданого напряму руху транспортних засобів, наприклад судна і літака (автопілот) і ін. При будь-якому відхиленні від курсу внаслідок якихось впливів (хвиль, порив вітру і т.д.) положення вісі гіроскопа в просторі зберігається. Отже, вісь гіроскопа разом з рамами карданового підвісу обертається відносно пристрою, що рухається. Оберт рам карданового підвісу за допомогою певних пристроїв містить рулі керування, які повертають рух до заданого курсу. Подібним же чином гіроскопи можуть застосовуватись для автоматичного керування рухом снарядів, що само рухаються.

Вперше гіроскоп застосований французьким фізиком Фуко (1819 - 1868 рр) для доказу обертання Землі.

Висновки

Основна задача динаміки обертального руху твердого тіла - визначити кутові координати точок обертового тіла в будь-який момент часу за відомими початковими кутовими координатами, кутовою швидкістю і моментом зовнішніх сил, які діють на тіло.

Моментом інерції тіла відносно осі називається величина, що дорівнює сумі моментів інерції всіх матеріальних точок, на які можна уявно поділити тіло, відносно даної осі. Якщо тіло бере участь одночасно в обертальному і поступальному русі, то його кінетичну енергію визначають за формулою:

.

Другий закон динаміки обертального руху твердого тіла визначається формулою:

Момент імпульсу замкнутої системи тіл відносно будь-якої нерухомої осі залишається сталим.

Навчальна література

1. Кучерук І.М., Горбачук І.Г. Загальна фізика. Електроніка і магнетизм. - К.: Вища школа, 1990.

2. Савельев И.В. Курс физики, т.3, Квантовая физика. - М.: 1989.

3. Трофимова Т.И. Курс физики, - М.: Высшая школа, 1985, 432 с.

4. Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф. Курс фізики (Оптика. Фізика атома і атомного ядра. Молекулярна фізика і термодинаміка), т.2,-Київ.: Либідь, 2001, - 421 с.