Obiectiv: Pentru a explora proprietățile giroscop, fenomenul de precesie a giroscopului pentru a determina momentul de impuls.
Echipament: un giroscop, o unitate de încărcare electronică.
Gyro - acest corp având o valoare mare a momentului cinetic în raport cu momentul impuls de forță L >> M At. care acționează asupra giroscopului în timpul perioadei de observație At. Gyros - un corp de rotație, care se rotesc rapid axa de simetrie și capabil de a schimba direcția axei în spațiu. Proprietățile Gyro au corpuri cerești, rotoare pentru turbine și motoare, roți și volant atomi de electroni. Gyro - elementul principal al instrumentelor giroscopice - girocompas, rachete de aeronave pilot automat. Este folosit pentru a stabiliza coca în timpul tangaj, turnuri de tancuri, trenuri și magnetice hovercraft.
Pentru axa giroscoapelor poate fi rotit în spațiu, este plasat într-o așa numită cardanică. Gimbal este format din trei cadre, care axa de rotatie sunt reciproc perpendiculare și se intersectează într-un punct numit centru O. Astfel de suspensie în trei trepte giroscopul se poate roti liber în raport cu axele Ox, Oy, Oz (Fig.1). În cazul în care centrul de greutate coincide cu centrul de suspensie giroscoapelor O. giroscopul se numește echilibrat.
Dacă un giroscop cu rotație rapidă aplică un cuplu moment de forțe F1-F2 (Figura 1), giroscopul se comportă în mod neașteptat axa nu este rotită în jurul axei Ox. și în jurul axei Oz. Această axă de pivotare fenomen giroscop cu o viteză unghiulară perpendicular pe direcția punctelor vectoriale forță, numită precesie.
Pentru a scoate formula unghiulară rata de precesie este aplicabilă legea de bază giroscoapelor a dinamicii mișcării de rotație: schimba momentul de impuls al unui corp este egal cu dl forță de impuls momentul Mdt:
Sensul punctelor vectorului forței axiale determinate de o regulă de degetul mare: dacă mânerele degetul mare se rotesc sub forța moment, mișcarea de translație a degetului mare coincide cu direcția momentului forței. De exemplu, în Fig. M 1 pereche vector forțelor F1 și F2 este îndreptată împotriva axei Ox.
Dar, datorită articulației cardanice cu ei și rândul său, vectorul moment de forță și va lua o poziție nouă M1. încă o dată, perpendicular nou impuls de timp L1.
Prin următorul impuls de timp dt primește o nouă creștere DL1. parallelnoemomentu vigoare M1. și momentului cinetic va primi o nouă poziție
Definim teoria elementară a vitezei unghiulare giroscop precesie. Viteza unghiulară egală cu raportul pentru a determina unghiul de rotație la momentul
E
Dacă axa giroscop este forțat să se rotească, atunci giroscopul trebuie să acționeze pe partea axei cuplului de rulment. Cuplul Vector să fie direcționat de-a lungul dL vector. Un rulment, în conformitate cu legea a treia a lui Newton, va acționa în momentul în care așa-numitele forțe giroscopice în direcția opusă. Forțele Moment giroskoskopicheskih este M = Lωpov.
Într-un motor giroscop laborator setare a cărui armătură volanta ponderată cu creșterea momentului de inerție (Fig.3). Motorul poate fi rotit în jurul unei axe orizontale în cadrul lagărului, care la rândul său se poate roti în jurul unei axe verticale într-o carcasă de lagăr. Cuplul generat de încărcare gravitațională, care este situat pe corpul tijei
1. Se determină greutatea sarcinii, pentru a fixa tija de bază. Se măsoară distanța l de mijloc la portante axa Ox orizontală.
Asigurați-vă că carcasa motorului este ușor de rotit în cadru. Porniți agregatul motor la rețeaua de alimentare de 220 V. Apăsați „Rețea“ (pe partea din spate), unitatea va porni indicatori. Ținând motorul pentru tija regulator de „giroscop“ să stabilească o anumită viteză. Încercați să porniți motorul peste tija pentru a asigura rezistența sa de a schimba în direcția axei.
2. Eliberați tija, motorul va începe să preceseze. Apăsați butonul „Reset“ și apoi „Start“. În momentul în care un fascicul de lumină printr-o fantă la nivelul membrelor cade pe fotocelula va începe în momentul în care precesie. Contul se va opri atunci când fasciculul prin cealaltă fantă (prin 90) lovește celula solară. Apăsați "Stop". Rezultatele de măsurare a vitezei (bara din stânga) și viteza unghiulară a precesie (indicator de dreapta), scris în tabel.
Sarcină masa m, kg
3. Fără oprirea giroscop, fără a schimba viteza de rotație a armăturii, se repetă de măsurare de cel puțin cinci ori pe întreaga gamă de distanțe față de axa I de mărfuri. Rezultatele sunt scrise în tabel.
4. Efectuați calcule în sistemul SI. Pentru a determina în fiecare experiment de cuplu de sarcină
5. Construirea unui grafic al vitezei unghiulare a precesiei momentul ωpr forța gravitației (M). Dimensiune diagramă pentru cel puțin o jumătate de pagină. Pe axele aplică o scară uniformă. Deoarece, conform ecuației (2), dependența teoretică este direct proporțională, apropiat puncte pentru a trage o linie dreaptă. Intercepteze pe axa a forței momentelor - un moment de greutate al giroscopului dezechilibrat.
6
7. eroarea de măsurare Rata a momentului cinetic al metodei grafice pentru armături. Pentru a face acest lucru, țineți pe un grafic cât mai aproape posibil de cele două linii drepte paralele cu linia experimentală, astfel încât punctele au fost între ele. Eroare aleatoare este egală cu
8. Se înregistrează rezultatul sub forma de P = 90%. Pentru a trage concluzii.
1. Definiți giroscop. Definiți momentul cinetic. Cum de a determina direcția momentului unghiular?
2. Explicați ce este fenomenul de precesie.
3. Producția formula rata de precesie unghiulare.
4. Explicați manifestarea forțelor giroscopice, o formulă pentru moment forțelor giroscopice.
5. În cazul în care o axă giroscop echilibrată este perpendicular pe axa pământului, ce se va întâmpla cu ea în timpul zilei?
6. Cum se poate schimba unghiul de linie pe grafic ωpr (M) cu creșterea vitezei de rotație a giroscopului armatură?