Гироскоп

Гироскопом называется симметричное твёрдое тело, вращающееся вокруг оси, совпадающей с осью симметрии тела, проходящей через центр масс, и соответствующей наибольшему собственному моменту инерции.

Если на равномерно вращающийся гироскоп не действуют внешние моменты сил, то согласно закону сохранения момента импульса направление его оси вращения остаётся неизменным. Это свойство гироскопа нашло практическое применение для сохранения направления движения тел (гироскопические системы ориентации ракет и космических летательных аппаратов).

Рассмотрим теперь, что будет происходить, если на свободный гироскоп будет действовать внешний момент сил— рис. 4.4.

Рис. 4.4

Ось собственного вращения гироскопа вертикальна (совпадает с осью z); вектор момента импульса ориентирован вдоль этой же оси. На свободный гироскоп в плоскостиxz действует пара сил , момент которой направлен вдоль оси у и стремится повернуть гироскоп вокруг оси у. Под воздействием этого момента в течение времени dt гироскопу сообщается изменение момента импульса , равное согласно (4.5) и направленное вдоль оси y. Тогда суммарный момент импульса определится как векторнаясумма . Так как направление момента импульса гироскопа совпадает с его осью вращения, то гироскоп повернётся на некоторый угол относительно оси x, стремясь совместить направление оси вращения с новым направлением момента импульса. Парадоксальность поведения гироскопа заключается в том, что, стремясь повернуть гироскоп вокруг оси y, мы вызываем его поворот вокруг оси x. Если действие внешнего момента продлится достаточное время, то гироскоп повернётся так, чтобы его ось собственного вращения совместилась с осью вынужденного вращения и вращение вокруг этих осей происходило в одном направлении.

Это свойство гироскопа находит практическое применение в гирокомпасах. Быстро вращающийся ротор гироскопа, установленный во вращающейся системе координат, связанной с Землёй, автоматически устанавливается таким образом, чтобы его ось собственного вращения была параллельной оси вращения Земли и, следовательно, лежала в плоскости истинного меридиана в данной точке.