Волчок приводится во вращение вручную. Ось вращения должна быть перпендикулярна плоскости стола. При достаточной угловой скорости вращение довольно устойчиво. Если палочкой ударить по верхнему концу стержня, положение оси вращения почти не изменится. В
этом заключается гироскопический эффект.
При снижении угловой скорости за счет потерь энергии на трение становится заметной прецессия оси, вызванная действием момента силы тяжести. Можно заметить, что направление кругового движения верхнего конца оси волчка совпадает с направлением вращения диска.
При дальнейшем снижение угловой скорости угол между осью и вертикалью увеличивается до тех пор, пока край диска не коснется плоскости стола. В первый момент касания диском плоскости стола наблюдается проскальзывание диска относительно поверхности стола, но это проскальзывание быстро прекращается с уменьшением скорости вращения за счет потерь энергии на трение.
Как только скольжение прекратится, диск покатится по плоскости стола. Поскольку при качении диска угол между плоскостью диска и плоскостью стола является постоянным, как это показано на рисунке, верхний конец оси будет двигаться по окружности, как и при прецессии, но в противоположном направлении.
Изменение направления движения конца оси волчка наблюдается очень хорошо, и создается впечатление, что изменяется и направление вращения диска относительно его оси. Однако это не так. Направление вращения диска относительно оси, как и проекция момента
24
.
импульса на ось z, перпендикулярную плоскости стола, в момент смены направления движения верхнего конца оси сохраняются.
21.26. Гироскопический эффект. Велосипедное колесо
Для демонстрации используется велосипедное колесо, насаженное на ось, закрепленную на конце толстого деревянного стержня. Для проведения опыта можно пригласить студента. Студент должен взять в руки стержень так, чтобы стержень, а следовательно, и ось вращения, были вертикальными, а колесо находилось над головой. Колесо следует привести во вращение. После этого надо попросить студента быстро наклонить ось и колесо вперед. За счет гироскопического эффекта ось и колесо будут отклоняться не вперед, а в сторону. Если изменить направление вращения колеса, то оно будет отклоняться в другую сторону.
21.27. Гироскоп на шарнирном подвесе
Конструкция демонстрационной установке показана на рисунке.
Гироскоп представляет собой алюминиевый диск 1 1 0, утолщенный по ободу. Диск насажен на ось электрического моторчика, с помощью которого он может быть приведен во вращение. К корпусу моторчика со стороны, противоположной диску, прикреплен стержень 1 3 0, по которому может перемещаться противовес 1 4 0. Шарнирный подвес позволяет оси гироскопа изменять ориентацию в верти 25
.
кальной плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси 1 5 0. Верхний конец стержня 1 6 0 закреплен в подшипнике 1 7 0 и может вместе с гироскопом вращаться относительно вертикальной оси.
При невращающемся диске подбирается положение противовеса на оси 13 0, соответствующее горизонтальному положению оси вращения диска. Затем с помощью моторчика (можно и вручную) диск приводится во вращение. Ось диска 1 0остается неподвижной. Если противовес 14 0 сместить вдоль оси 1 3 0, то ось диска будет поворачиваться не относительно горизонтальной оси 15 0, а относительно вертикальной оси. Направление вращения относительно вертикальной оси зависит от того, в какую сторону смещается противовес.
21.28. Гироскоп, подвешенный на нитях
Гироскоп представляет собой массивный диск, насаженный на ось с помощью подшипника. Осью служит алюминиевый стержень диаметром
10 мм. С помощью двух нитей гироскоп может быть подвешен на подставке так, чтобы ось имела горизонтальное направление.
Если диск гироскопа привести во вращение с большой угловой скоростью, а потом ножницами перерезать одну из нитей, то ось вращения останется в горизонтальном положении, как показано на рисунке.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.