Гироскоп

Гироскоп (от греч. gyros – «круг», и skopeo – «смотрю», «наблюдаю») – прибор, основным элементом которого является вращающееся симметричное твердое тело. Ось вращения (ось симметрии) гироскопа может изменять свое направление в пространстве. Для проявления этого свойства гироскоп обычно закрепляют в так называемом кардановом подвесе, две рамки которого обеспечивают телу вращение с тремя степенями свободы, т. е. гироскоп имеет три оси возможного вращения. Ось гироскопа с тремя степенями свободы имеет уникальное свойство, которое заключается в возможности устойчивого сохранения приданного ей первоначального направления относительно инерциальной системы отсчета.

При воздействии на гироскоп внешней силой его ось начинает отклоняться не в сторону действия силы, а в перпендикулярном к ней направлении, что вызывает прецессию гироскопа. Уникальные свойства гироскопа востребованы в различных навигационных приборах.

Гироскоп применяется в различных летательных аппаратах, в том числе в самолетах, ракетах, торпедах и вертолетах для стабилизации движения. На морских судах и самолетах широкое применение нашел гирокомпас, который был создан в начале XX в. немцем Германом Аншютцом и американцем Элмаром Сперри независимо друг от друга. В этом приборе используется свойство оси гироскопа ориентироваться вдоль оси вращении Земли. Ориентирование оси происходит строго по направлению Север – Юг и не зависит от магнитного поля Земли, т. е. гирокомпас показывает истинное направление на географический полюс Земли в отличие от магнитного. Различают несколько видов гироскопов: вибрационный, лазерный и классический, который был описан выше. Существуют двухстепенные гироскопы, которые закрепляются в одной рамке.

Во время вращения платформы гироскопа возникает гироскопический момент, который стремится установить ось ротора параллельно оси вращения основания, причем он стремится это сделать максимально быстро. Лазерный гироскоп основан на использовании в своей конструкции оптического квантового генератора с плоским замкнутым контуром, где происходит циркуляция двух встречных потоков или лучей, у которых различны частоты. Отмечено, что разность частот пропорциональна угловой скорости основания. У вибрационного чувствительный элемент представлен вибрирующими массами, например, эту функцию может выполнять ротор с упругим подвесом или пластины, обладающие достаточным коэффициентом упругости.

Множество приборов и устройств используют в своей конструкции принцип гироскопа или его различные модификации для реализации тех или иных задач. В космической технике, в частности, используются гировертикаль и гироскопическая платформа.