Доброго времени суток!
В качестве первой темы для статьи мы решили выбрать описание и историю базового устройства, благодаря которому возможна современная навигация!
Ведь, как говорят американцы: "Великое берет начало с малого" :)
Итак, аж 27 сентября 1852 года, перевернув календарь, известный в мире ученый Леон Фуко на заседании Парижской академии наук продемонстрировал свой прибор, названный им гироскопом ("Гирос" (нет, не фастфуд) - вращение и "скопео" - наблюдаю). Отличался от обычного волчка тем, что вращающийся маховик (ротор) помещен в кардановый подвес, благодаря чему ему была обеспечена полная свобода вращения относительно основания прибора. Получается, что гироскоп - это "наблюдатель вращения". Леон Фуко создавал гироскоп для наблюдения за вращением Земли относительно абсолютного пространства. (Спойлер: позже оказалось, что есть более глобальные цели применения этого устройства - см. ниже)
А если серьезно, то получилась отличная визуализация прибора, но, честно говоря, выглядел он скорее так:
Идея прибора базировалась на теоретическом положении Л. Эйлера (второй известный в мире ученый) о том, что быстровращающееся тело, имеющее неподвижную точку и не подверженное влиянию моментов внешних сил, сохраняет в абсолютном пространстве первоначальное направление оси своего вращения.
А сейчас будет непростой абзац, но мы справимся.
Неподвижная точка быстровращающегося тела (маховик-ротор) представляет собой точку пересечения оси собственного вращения маховика и осей вращения колец карданова подвеса. По отношению к корпусу прибора наружное кольцо имеет одну угловую степень свободы, внутреннее кольцо по отношению к наружному имеет одну угловую степень свободы и, наконец, маховик по отношению к внутреннему кольцу также имеет одну угловую степень свободы. Таким образом, маховик по отношению к корпусу имеет три угловые степени свободы.
Так, ну дальше должно быть легче. Но это не точно.
Гироскопы с таким количеством степеней свободы маховика называются трехстепенными. Если центр масс гироскопа (маховик в подвесе) совпадает с неподвижной точкой, то гироскоп называют уравновешенным или астатическим, а процедуру уравновешивания называют балансировкой (Фуко в своем гироскопе, судя по всему, потратил на это очень много времени)
Благодаря опытам Фуко был дан мощный толчок развитию гироскопической техники. С появлением электрических машин возникли попытки их применения для вращения маховика гироскопа, и уже в 1865 г. Императорская академия наук Санкт-Петербурга представила электрический гироскоп.
Развитие гироскопической техники привело к тому, что гироскопами начали называть очень широкий класс приборов и теперь "гироскопом" называют устройство, содержащее объект, который совершает быстрые периодические движения (Как тот гриль). В механических гироскопах носителями быстрых периодических движений могут быть твердое тело, жидкость или газ. В квантовых-атомные ядра, протоны, электроны и другие страшные квантово-физические штуки. А вообще, на сегодняшний день мы имеем множество видов этих устройств: оптические(лазерные, волоконно-оптические), волновые твердотельные (с объемным резонатором и с кольцевым резонатором), роторные и кориолисовые.
Что касается применения, здесь становится понятно, насколько все-таки полезная шутка рассматривается в данной статье. И космические аппараты помогает стабилизировать и в навигации кораблей, которые плавают используется, и самолеты, которые летают ориентирует, а еще применяется в мобильных устройствах и в игровых приставках. И нет, конечно у нас в телефонах не тот здоровенный прибор, который Фуко долго калибровал, сейчас вместо него мы имеем микроэлектронные и микромеханические компоненты (МЭМС). (кстати говоря, на создании которых мы и специализируемся).
Спасибо за внимание, надеемся это было информативно и полезно!
С любовью и уважением,
При подготовке материала была использована информация из книги "Теория гироскопических систем. Инерциальные датчики" В.Я. Распопова