Jednog dana sam gledao razgovor dva prijatelja, bolje rečeno djevojke:
A: Oh, znaš, imam novi pametni telefon, ima čak i ugrađeni žiroskop
B: Ah, da, također sam ga preuzeo za sebe i instalirao žiroskop na mjesec dana
A: Hm, jeste li sigurni da je to žiroskop?
B: Da, žiroskop za sve horoskopske znakove.
Kako bismo smanjili broj takvih dijaloga u svijetu, predlažemo da saznate što je žiroskop i kako radi.
Žiroskop: povijest, definicija
Žiroskop je uređaj koji ima slobodnu os rotacije i sposoban je reagirati na promjene u kutovima orijentacije tijela na kojem je ugrađen. Prilikom rotacije, žiroskop zadržava svoj položaj nepromijenjen.
Sama riječ dolazi od grč gyreuo– rotirati i skopeo- gledati, promatrati. Prvi put je uveden pojam žiroskop Jean Foucault 1852. godine, ali uređaj je izumljen ranije. To je učinio njemački astronom Johann Bonenberger godine 1817.
Rotiraju visokom frekvencijom čvrste tvari. Os rotacije žiroskopa može mijenjati svoj smjer u prostoru. Rotirajuće topničke granate, propeleri aviona i rotori turbina imaju svojstva žiroskopa.
Najjednostavniji primjer žiroskopa je vrh ili dobro poznata dječja igračka vrcaljka. Tijelo koje rotira oko određene osi, a koje zadržava svoj položaj u prostoru ako na žiroskop ne djeluju vanjske sile i momenti tih sila. Istovremeno, žiroskop je stabilan i sposoban izdržati utjecaj vanjskih sila, što je uvelike određeno brzinom rotacije.
Na primjer, ako vrtoglavicu brzo zavrtimo i zatim je gurnemo, ona neće pasti, već će se nastaviti okretati. A kada brzina vrha padne na određenu vrijednost, počet će precesija - pojava kada os rotacije opisuje stožac, a moment količine kretanja vrha mijenja smjer u prostoru.
Vrste žiroskopa
Postoje mnoge vrste žiroskopa: dva I trostupanjski(odvajanje po stupnjevima slobode ili mogućim osima rotacije), mehanički, laser I optičkižiroskopi (razdvajanje na principu rada).
Pogledajmo najčešći primjer - mehanički rotacijski žiroskop. U biti, ovo je vrh koji se okreće oko vertikalne osi, koja se okreće oko vodoravne osi i zauzvrat je fiksirana u drugom okviru, koji se okreće oko treće osi. Kako god okrenuli vrh, on će uvijek biti u okomitom položaju.
Primjena žiroskopa
Zbog svojih svojstava žiroskopi su vrlo široka primjena. Koriste se u stabilizacijskim sustavima svemirska letjelica, u navigacijskim sustavima brodova i zrakoplova, u mobilnim uređajima i igraćim konzolama, a također i kao simulatori.
Pitam se kako se takav uređaj može uklopiti u modernu mobitel i zašto je to tamo potrebno? Činjenica je da žiroskop pomaže odrediti položaj uređaja u prostoru i saznati kut otklona. Naravno, telefon nema izravno rotirajući vrh; žiroskop je mikroelektromehanički sustav (MEMS) koji sadrži mikroelektroničke i mikromehaničke komponente.
Kako to funkcionira u praksi? Zamislimo da igrate svoju omiljenu igru. Na primjer, utrke. Da biste okrenuli volan virtualnog automobila, ne morate pritisnuti nikakve tipke, samo trebate promijeniti položaj svog gadgeta u rukama.
Kao što vidite, žiroskopi su nevjerojatni uređaji koji imaju korisna svojstva. Trebate li riješiti problem izračuna gibanja žiroskopa u polju vanjskih sila, obratite se stručnjacima studentske službe koji će vam pomoći da to riješite brzo i učinkovito!
Mehanički žiroskop - ne toliko složeni uređaj, dok je njegov rad prilično lijep prizor. Znanstvenici proučavaju njegova svojstva više od dvjesto godina. Čovjek bi pomislio da je sve proučeno, jer je odavno pronađeno i praktičnu upotrebu i treba zatvoriti temu.
Ali ima entuzijastičnih ljudi koji se ne umaraju tvrditi da se tijekom rada žiroskopa njegova težina mijenja kada se okreće u jednom ili drugom smjeru ili u određenoj ravnini. Štoviše, zaključci zvuče kao da žiroskop pobjeđuje gravitaciju. Ili tvori takozvanu zonu gravitacijske sjene. I na kraju, ima ljudi koji kažu da ako se brzina rotacije žiroskopa prekorači do određene kritične vrijednosti, tada ovaj uređaj dobiva negativnu težinu i počinje letjeti od Zemlje.
S čim imamo posla? Mogućnost civilizacijskog iskoraka ili pseudoznanstvena zabluda?
Teoretski, promjena težine je moguća, ali pri tako velikim brzinama da je to nemoguće eksperimentalno provjeriti u normalnim uvjetima. Ali ima ljudi koji tvrde da su vidjeli kako se Zemljina gravitacija savladava brzinom rotacije od samo nekoliko tisuća minuta. Ovaj eksperiment je posvećen testiranju ove hipoteze.
Karakteristike najjednostavnijeg domaćeg žiroskopa.
Nije svatko u stanju sastaviti žiroskop. Auto valjak sastavio je žiroskop težak više od 1 kg. Maksimalna brzina vrtnje 5000 okretaja u minuti. Ako je učinak promjene težine doista prisutan, to će biti vidljivo na polužnoj vagi. Njihova je točnost, uzimajući u obzir trenje u šarkama, unutar 1 g.
Započnimo eksperiment.
Prvo, zavrtimo balansirani žiroskop u vodoravnoj ravnini u smjeru kazaljke na satu. Rotirajući zamašnjak nikada neće biti potpuno uravnotežen jer ne može biti savršeno uravnotežen. Da, i nema idealnih ležajeva.
Odakle dolazi aksijalna i radijalna vibracija koja se prenosi na vagu? Što može rezultirati zamišljenim debljanjem ili gubitkom težine? Pokušajmo zavrtjeti zamašnjak u drugom smjeru da provjerimo teoriju da smjer vrtnje igra ulogu glavna uloga u gravitacijskoj pomrčini. No, čini se da se čudo nikada neće dogoditi.
Što se događa ako objesite i vrtite žiroskop u okomitoj ravnini? Ali čak ni u ovom slučaju ne dolazi do promjena na vagi.
Prisilna precesija.
Možda su vam u školi ili na institutu pokazali takvu postavu da demonstrirate prisilnu precesiju. Ako vrtite žiroskop, na primjer, u smjeru kazaljke na satu u vertikalnoj ravnini, a zatim ga ponovno okrenete u smjeru kazaljke na satu, ako gledate odozgo, ali u horizontalnoj ravnini, tada vam se čini da polijeće. Na taj način reagira na vanjske utjecaje i nastoji spojiti os i smjer svoje rotacije s osi i smjerom rotacije u novoj ravnini.
Neki ljudi koji iznenada naiđu na ovu temu razviju pogrešno razumijevanje ovog procesa. Čini se da je mehanički žiroskop sposoban poletjeti ako se nasilno okrene u drugoj ravnini, pa se tako navodno može stvoriti inovativni motor. U isto vrijeme, žiroskop se ovdje diže samo zato što se odbija od rotirajućeg postolja, a on se, pak, odbija od stola. U nultoj gravitaciji, ukupni zamah takve strukture bit će nula.
Mehanički žiroskopi su različiti. Posebno je zanimljiv rotacijski žiroskop. Njegova bit leži u činjenici da je tijelo koje rotira oko svoje osi prilično stabilno u prostoru, iako može promijeniti smjer osi. Brzina rotacije osi znatno je manja od brzine rotacije rubova žiroskopa. Okretanje žiroskopa slično je pomicanju vretenca po podu. Razlika između vrcaljke i žiroskopa je u tome što je vrtlica slobodna u prostoru, dok se žiroskop okreće u točno određenim točkama koje se nalaze u vanjskoj šipki i ima zaštitu da se može nastaviti okretati u slučaju pada.
Trebat će vam
- - dvije naslovnice od limenke
- - komad laminata
- - električna traka
- - orasi 6 kom.
- - čelična osovina ili čavao
- - plastelin
- - ljepilo
- - 2 vijka
- - debela žica
- - bušilica, turpija
upute
- S ovim dijelovima u ruci, možemo početi sastavljati rotor. Probušimo rupe točno u sredini poklopaca limenki, po mogućnosti istim čavlom od kojeg ćemo napraviti os rotora. Zatim pomoću plastelina pričvrstimo matice na poklopac, možete staviti više od šest, težina uz rub rotora povećat će vrijeme rotacije.
- Zatim napravimo os. Da biste to učinili, pričvrstite električnu bušilicu u škripac, zategnite čavao bez glave i naoštrite ga turpijom. Na taj način će se oštrenje osovine nalaziti što je moguće bliže središtu osovine. Potrebno je oštriti s obje strane.
- Bez uklanjanja naoštrene osi iz bušilice, napravit ćemo utor za navoj koji će pokretati rotor. Poklopac maticama pričvrstimo na osovinu pomoću ljepila, ali nemojte koristiti ono koje se prebrzo stvrdne. Poxipol dobro djeluje. Premažite matice istim ljepilom.
- Sada je najvažnije balansirati. Dok se ljepilo suši, morate savršeno namjestiti utege oko ruba poklopca. Uključimo bušilicu (okomito), ako rotirajući rotor udari u jednom smjeru, onda neki teret nije pravilno postavljen. Popravljamo i pokušavamo ponovno. Podmažite matice na vrhu i pokrijte drugim poklopcem. Zalijepimo električnu traku na rubove rotora. Osušimo ga. Sam rotor je spreman!
- Uzmemo dva duža vijka, pričvrstimo ih u škripac i u njima izbušimo rupe u koje će se učvrstiti rotor. Sada moramo osmisliti vanjski okvir. Izrežite krug od laminata. Bolje je nacrtati ga kompasom unaprijed. Odmah nacrtajte okomite i vodoravne linije pod kutom od 90 stupnjeva. Unutra smo izrezali manji krug, ali takav da tamo stane rotor. Uz vodoravne linije izrađujemo rupe za vijke jedan nasuprot drugom. Uvijamo vijke. Između njih postavljamo os našeg žiroskopa. U isto vrijeme, ne možete ga zategnuti previše čvrsto, inače će trenje prigušiti brzinu rotacije i ništa neće raditi. Ostavite oko 1 mm hoda, ali tako da žiroskop ne ispadne iz vijaka. Zalijepimo vijke na šipku tako da ih vibracija ne odvrne od okvira.
- Ostaje samo instalirati zaštitu. Uzmite debelu žicu i savijte je u prsten. Na mjestu označene vodoravne linije pričvrstimo je na naš proizvod. Žiroskop je spreman. Namotamo konac oko osovine i, oštro ga povlačeći, provjeravamo njegovu funkcionalnost.
Ovaj domaći proizvod bit će zanimljiv, prije svega, maloj djeci. Pogotovo ako ga sastavite. Općenito, izrada rotacijskog žiroskopa od improviziranih materijala izvrstan je način zabave i korisnog provođenja slobodnog vremena. Unatoč vizualnoj složenosti cijele strukture, vrlo ju je jednostavno napraviti, jer je žiroskop zapravo običan vrh, samo s "tajnom".
Međutim, sam princip rada žiroskopa također je prilično jednostavan: zamašnjak se okreće u smjeru kazaljke na satu oko svoje osi, koja je pak povezana s prstenom i čini rotacijske pokrete u vodoravnoj ravnini. Ovaj prsten je kruto fiksiran u drugom prstenu koji rotira oko treće osi. To je sva tajna.
Proces proizvodnje rotacijskog mehaničkog žiroskopa
Iz plastična cijev izrežite dva prstena iste širine. Trebat će vam i ležaj koji je potrebno premazati superljepilom kako se ne bi vrtio. U unutarnji prsten utisnemo drvenu "tabletu", u kojoj morate izbušiti rupu u sredini za metalnu šipku sa šiljastim krajevima.
Na jedan rub šipke stavili smo komad plastične cijevi (možete je posuditi od kemijska olovka). Izbušimo dvije rupe u plastičnom prstenu za šipku i spojimo ga s rotirajućom osi ležaja pomoću metalnih cijevi veći promjer(možete koristiti dijelove teleskopske antene).
