Несвободный гироскоп. Гироскопические эффекты

Если закрепить одно из колец "карданова подвеса", то соответствующая вращательная степень свободы исчезнет. Мы получим гироскоп с двумя степенями свободы. Его свойства совершенно другие. При вращении гироскопа относительно одной из осей он не будет "сопротивляться", т.е. будет вести себя как обычный диск, одна из осей которого закреплена в подшипниках кольца.

Пусть на ось OX гироскопа действует сила F, направленная против оси OZ. Момент этой силы направлен вдоль оси OY. Данный момент стремится повернуть гироскоп относительно оси OZ, чему препятствуют силы реакции F _p (пара сил), возникающие в подшипниках, в которых закреплена ось гироскопа. Силы F _p называются гироскопическими силами. Их появление обусловлено тем, что наружное кольцо жестко закреплено и не может вращаться относительно вертикальной оси. Гироскопические силы создадут гироскопический момент M _p, сонаправленный вектору F. В этом направлении и будет происходить изменение момента импульса. Несвободный гироскоп, таким образом, является "послушным".

Возникновение гироскопических сил в различных устройствах и системах называется гироскопическим эффектом.

К отрицательным последствиям проявления этих эффектов можно отнести разрушение механических конструкций, содержащих массивные вращающиеся детали.

Гироскопические силы возникают в подшипниках при попытке изменения положения осей различных механических узлов, приведенных во вращение. Например, в турбинах, колесах автомобилей, пропеллерах самолетов и т.д.

Рассмотрим теперь результат поворота вокруг вертикальной оси закрепленного наружного кольца гироскопа. В этом случае ось гироскопа будет поворачиваться вокруг горизонтальной оси до тех пор, пока его момент импульса не совпадет по направлению с вектором угловой скорости оправы. Действительно, при вращении вокруг вертикальной оси гироскопу передается момент сил, направленный вдоль оси вращения наружного кольца. Этот момент будет вызывать вращение гироскопа вокруг горизонтальной оси до тех пор, пока направления векторов изменения момента импульса D L (момента сил) и момента импульса гироскопа L не совпадут.