Гироскоп и его применения

Гироскопы-массивные диски, вращающиеся с большой угловой скоростью около своей оси симметрии. Применяются в качестве навигационных приборов. Разновидностями гироскопа является юла и волчок. Гироскопы имеют триоси (вращательные степени свободы), укреплённые в подшипниках. Пока гироскоп неподвижен, его оси, перпендикулярной плоскости диска, можно придать любое направление. Если гироскоп привести в быстрое вращательное движение вокруг этой оси и затем поворачивать его подставку, то ось гироскопа сохраняют свою ориентацию в пространстве неизменной. Объясним этот факт с помощью закона сохранения момента импульса. Для свободно вращающегося гироскопа сила тяжести не может изменить ориентацию его осей, так как эта сила приложена к центру масс, находящемуся на оси вращения, поэтому момент силы тяжести относительно центра масс равен нулю. Моментом сил трения мы также пренебрегаем. Поэтому, если момент внешних сил относительно центра масс тела равен нулю, то, как следует из уравнения ,момент импульса гироскопа сохраняет своё направление в пространстве. Следовательно, вместе с ним (моментом импульса) сохраняетсвоё положение в пространстве и ось гироскопа. Более того, изменить направления осей вращающегося гироскопа не могут и любые ускоренные движения точки опоры.

Важным применением гироскопа с тремястепенями свободы является создание искусственного горизонта и вертикали. Это необходимо в навигации в условиях отсутствия видимости линии горизонта (самолёты, корабли, подводные лодки и т.п.). Вследствие наличия на транспортных средствах различных ускорений (разгон, торможение, повороты, качка и т.п.) обычные отвесы и уровни не годятся.

Широко применяется в технике гироскопический компас. Идея гироскопического компаса впервые была высказана французским физиком Фуко в 1852 году. Обычный магнитный компас подвержен действию разнообразных возмущений земного магнитного поля (магнитные бури). На его показания влияют возмущения магнитного поля, вызываемые большими массами железа на корабле, а также электродинамические воздействия от электрооборудования корабля. гироскопический компас свободен от этих недостатков.

Другое важное применение гироскопов - поддержание заданного направления движения транспортных средств, например судна (авторулевой) и самолёта (автопилот) и т.д. При отклонении судна от курса вследствие каких-то воздействий (волны, порыва ветра и т.д.) положение оси гироскопа в пространстве сохраняется. Рули управления, связанные с гироскопом, возвращают судно на заданный курс.