Прибор для демонстрации гироскопических явлений

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 G 09 В 23/08 ф p,ã"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3824239/28-12 (22) 11.12.84 (46) 15.08.86. Бюл. № 30 (71) Днепропетровский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (72) Л. А. Безпалько и Л. Б. Розенберг (53) 531.396(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1161984, кл. G 09 В 23/08, 1984. (54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к наглядным учебным пособиям по механике и позволяет расширить демонстрационные возмож„„SIJ„„1251156 А 1 ности 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 1 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.

1251156

5 ! о

l5 о

M! о

1

Изобретение относится к наглядным учебным пособиям по механике и предназначено 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- 5 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 вынужденную прецессию оси ротора 6 вокруг вертикальной оси 1.

Плавно изменяя реостатом 10 силу тока, увеличивают или уменьшают угловую скорость прецессии. Переключая тумблером 11 полюса питания электродвигателя 8, изменяют направление прецессии на обратное. При уменьшении силы тока до нуля прецессия п рекра щается.

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

Если направление вращения ротора 6 вокруг своей оси совпадает с направлением, при котором пружина 7 стремится вращать раму 3 вокруг вертикальной оси 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 6 не станут сонаправленными.

В дальнейшем 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 6 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 6 вокруг горизонтальной оси 5 кольца 4.

Вертикальная ось ротора 6 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 прецессирует вокруг горизонтальной оси 5 кольца, пока ось ротора, совершив полуоборот, не займет вертикальное положение вращения ротора 6 и рамы 3 не станут сонаправленными. При этом закрутка пружины 7 наибольшая.

На этом этапе гироскоп совершает сложное движение. Вращаясь вокруг собственной оси, ротор прецессирует одновременно вокруг двух взаимно перпендикулярных осей: горизонтальной 5 с угловой скорос1251156

Формула изобретения

Составитель Т. Григорян

Редактор А. Огар Техред И. Верес Корректор М. Демчик

Заказ 4417 50 Тираж 455 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 тью 0, и вертикальной 1 (Z) с угловой скоростью го2. 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 сонаправленных вращений ротора и рамы ось ротора остается неподвижной, а рама вместе 15 с кольцом под действием закрученной пружины проворачивается вокруг вертикальной оси

Z, пока пружина не закрутится в противоположную сторону на угол, равный углу первоначальной закрутки, и вращения ротора и рамы не станут противоположно на20 правленными.

С этого положения на третьем этапе ось ротора вновь прецессирует вокруг двух взаимно перпендикулярных осей: горизонтальной в том же направлении и вертикальной в противоположном направлении прецессии оси ротора на первом этапе.

В момент, когда ось ротора, повернувшись 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.

Прибор для демонстрации гироскопических явлений, содержащий привод, кардановый подвес, состоящий из установленной посредством оси вращения на основании рамы и расположенного в раме кольца с горизонтальной осью вращения, и установленный в кольце ротор, отличающийся тем, что, с целью расширения демонстрационных 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 вращения рамы спиральную пружину, а привод выполнен в виде реверсивного двигателя с регулируемым крутящим моментом, ось вращения которого кинематически связана с осью кольца.