Прибор для демонстрации гироскопических явлений Советский патент 1986 года по МПК G09B23/08 

Изобретение относится к наглядным учебным пособиям по механике и предназн а- чено для демонстрации гироскопических явлений, в частности управляемой вынужденной прецессии вокруг двух взаимно перпендикулярных осей.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей прибора путем обеспечения демонстрации управляемой вынужденной прецессии вокруг двух взаимно перпендикулярных осей.

На чертеже представлен прибор, общий вид.

Прибор для демонстрации гироскопических явлений содержит привод, карданный подвес, состоящий из установленной посредством оси 1 вращения на основании 2 рамы 3 и расположенного в раме кольца 4 с горизонтальной осью 5 вращения, и установленный в кольце 4 ротор 6 гироскопа. Прибор имеет также закрепленную одним концом на основании 2 и связанную другим концом с осью 1 вращения рамы спиральную пружину 7. Привод выполнен в виде реверсивного двигателя 8 с регулируемым крутящим моментом, ось вращения которого кинематически связана с осью 5 кольца 4. Привод подключен к источнику постоянного тока (не показан) через установленные на основании 2 токосъемочные кольца 9, реостат 10 и тумблер 11. Оси вращения ротора 6, кольца 4 и рамы 3 пересекаются в одной точке, совпадающей с центром тяжести ротора 6.

Прибор работает следующим образом.

Демонстрацию управляемой вынужденной прецессии вокруг вертикальной оси 1 проводят на приборе со снятой пружиной 7. Ротору 6 сообщают быстрое вращение вокруг своей оси переносным малогабаритным элект- родвигателем с резиновым диском на конце вала либо гибкой нитью, предварительно намотанной на ось ротора 6. Ось ротора 6 устанавливают горизонтально. Подключив питание к электромотору 8, наблюдают вы- нужденную прецессию оси ротора 6 вокруг вертикальной оси 1.

Плавно изменяя реостатом 10 силу тока, увеличивают или уменьщают угловую скорость прецессии. Переключая тумблером 11 полюса питания электродвигателя 8, изменя- ют направление прецессии на обратное. При уменьшении силы тока до нуля прецессия прекращается.

Таким образом, прибор демонстрирует управляемую, изменяемую по величине и направлению, прецессию вокруг вертикальной оси.

Демонстрацию вынужденной прецессии вокруг горизонтальной оси 5 вращения кольца 4 проводят на приборе с отсоединенным от кольца приводом 8. Раму 3 устанавливают в положение, при котором пружина 7 закручена на некоторый (начальный) угол, и удерживают в этом положении. Ось

.

5

ротора 6 устанавливают вертикально и сообщают ему быстрое вращение. После освобождения рамы 3 возможны два случая движения гироскопа.

Если направление вращения ротора б вокруг своей оси совпадает с направлением, при котором пружина 7 стремится вращать раму 3 вокруг вертикальной оеи 1 (вращения сонаправленные), ось ротора 6 сохраняет вертикальное положение, рама 3 вместе с кольцом 4 проворачивается вокруг вертикальной оси и останавливается в положение, при котором пружина 7 закручена в противоположном направлении на угол, равный (при отсутствии трения в осях) величине начального угла. В этом положении пружина 7 стремится вращать раму 3 в направлении, противоположном направлению вращения ротора 6. При противоположно направленных вращениях ротора 6 и рамы 3 по закону прецессии ось ротора гироскопа начинает прецессировать вокруг горизонтальной оси 5. Рама 3 остается при этом неподвижной, пока ось ротора 6, сделав полуоборот, не займет вертикальное положение и вращения рамы 3 и ротора б не станут сонаправленными.

В дальнейщем описанные случаи движения ротора гироскопа циклически повторяются.

Демонстрацию управляемой вынужденной прецессии вокруг двух взаимно перпендикулярных осей проводят с установленной на приборе спиральной пружиной 7 и присоединенным к оси 5 кольца 4 реверсивным приводом 8. При отключенном от источника питания электромоторе 8 ось ротора б устанавливают вертикально, а раму 3 - в положение, при котором пружина 7 не деформирована. Ротору 6 сообщают быстрое вращение вокруг своей оси в выбранном направлении. Тумблером 11 замыкают цепь питания электромотора 8. Электромотор, взаимодействуя с кольцом 4, стремится повернуть его вместе с ротором б вокруг горизонтальной оси 5 кольца 4.

Вертикальная ось ротора б в соответствии с законом прецессии несколько отклоняется от вертикального положения и начинает прецессировать, вращая раму 3 вокруг вертикальной оси 1 и закручивая спиральную пружину 7. Реакция пружины 7 противодействует вращению рамы 3, вследствие чего ось ротора вместе с кольцом прецес- сирует вокруг горизонтальной оси 5 кольца, пока ось ротора, соверщив полуоборот, не займет вертикальное положение вращения ротора б и рамы 3 не станут сонаправленными. При этом закрутка пружины 7 наи- больщая.

На этом этапе гироскоп совершает сложное движение. Вращаясь вокруг собственной оси, ротор прецессирует одновременно вокруг двух взаимно перпендикулярных осей: горизонтальной 5 с угловой скороетью и вертикальной 1 (Z) с угловой скоростью (02. На чертеже круговыми стрелками показаны направления прецессионных движений при указанном направлении вращения ротора вокруг оси и заданном направлении крутящего момента мотора. При изменении направлений вращения оси ротора или мотора на противоположные изменяются также на противоположные направления прецессии гироскопа. Изменение величины силы тока в цепи электромотора изменяет величину скорости прецессии вокруг вертикальной, а следовательно, и вокруг горизонтальной оси.

На втором этапе в положении сона- правленных вращений ротора и рамы ось ро10

вертикальное положение, а вращения ротора и рамы станут сонаправленными, прецессия прекращается и начинается раскрутка пружины.

Использование изобретения расширяет демонстрационные возможности прибора путем демонстрации вынужденной прецессии ротора одновременно вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, что способствует более глубокому пониманию закона прецессии.

Формула изобретения

Прибор для демонстрации гироскопических явлений, содержащий привод, кардатора остается неподвижной, а рама вместе15 новый подвес, состоящий из установленной

с кольцом под действием закрученной пружи-посредством оси вращения на основании

ны проворачивается вокруг вертикальной осирамы и расположенного в раме кольца с

Z, пока пружина не закрутится в проти-горизонтальной осью вращения, и установвоположную сторону на угол, равный углуленный в кольце ротор, отличающийся тем,

первоначальной закрутки, и вращения рото-что, с целью расширения демонстрационных

ра и рамы не станут противоположно направленными.

С этого положения на третьем этапе ось ротора вновь прецессирует вокруг двух взаимно перпендикулярных осей: горизонтальной в том же направлении и верти- 25 вращения рамы спиральную пружину, а при- кальной в противоположном направлении вод выполнен в виде реверсивного двигателя с регулируемым крутящим моментом, ось вращения которого кинематически связана с осью кольца.

возможностей путем обеспечения демонстрации управляемой вынужденной прецессии вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, он имеет закрепленную одним концом на основании и связанную другим концом с осью

прецессии оси ротора на первом этапе.

В момент, когда ось ротора, повернув- щись еще на полоборота, вновь займет

вертикальное положение, а вращения ротора и рамы станут сонаправленными, прецессия прекращается и начинается раскрутка пружины.

Использование изобретения расширяет демонстрационные возможности прибора путем демонстрации вынужденной прецессии ротора одновременно вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, что способствует более глубокому пониманию закона прецессии.

Формула изобретения

Прибор для демонстрации гироскопических явлений, содержащий привод, карда новый подвес, состоящий из установленной

вращения рамы спиральную пружину, а при- вод выполнен в виде реверсивного двигателя с регулируемым крутящим моментом, ось вращения которого кинематически связана с осью кольца.

возможностей путем обеспечения демонстрации управляемой вынужденной прецессии вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, он имеет закрепленную одним концом на основании и связанную другим концом с осью

Изобретение относится к наглядным учебным пособиям по механике и позволяет расширить демонстрационные возможности при демонстрации гироскопических явлений путем обеспечения демонстрации управляемой вынужденной прецессии вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. На основании 2 одним концом закреплена спиральная пружина 7, другим концом связанная с осью I вращения рамы 2. Ротор 6 гироскопа установлен в кольце 4, расположенном в раме 3 горизонтальной оси 5 вращения. Привод представляет собой реверсивный двигатель 8 с регулируемым крутящим моментом, ось вращения которого кинематически связана с осью 5. Оси вращения ротора 6, кольца 4 и рамы 3 пересекаются в одной точке, совпадающей с центром тяжести ротора 6. 1 ил. с S W |С 01 СП О5