Domowy żyroskop. Encyklopedia technologii i technik


Któregoś dnia oglądałem rozmowę dwóch przyjaciół, a raczej dziewczyn:

Odpowiedź: Och, wiesz, mam nowy smartfon ma nawet wbudowany żyroskop

B: Ach, tak, pobrałem to również dla siebie i zainstalowałem żyroskop na miesiąc

Odp.: Hm, jesteś pewien, że to żyroskop?

B: Tak, żyroskop dla wszystkich znaków zodiaku.

Aby zmniejszyć liczbę takich dialogów na świecie, sugerujemy dowiedzieć się, czym jest żyroskop i jak działa.

Żyroskop: historia, definicja

Żyroskop to urządzenie posiadające wolną oś obrotu i zdolne do reagowania na zmiany kątów orientacji ciała, na którym jest zamontowane. Podczas obracania żyroskop utrzymuje swoją pozycję bez zmian.

Samo słowo pochodzi z języka greckiego gyreu®– obrócić i skopeo- patrz, obserwuj. Po raz pierwszy wprowadzono termin żyroskop Jeana Foucaulta w 1852 r., ale urządzenie zostało wynalezione wcześniej. Dokonał tego niemiecki astronom Johanna Bonenbergera w 1817.

Obracają się z wysoka częstotliwość ciała stałe. Oś obrotu żyroskopu może zmieniać swój kierunek w przestrzeni. Obracające się pociski artyleryjskie, śmigła samolotu i wirniki turbin mają właściwości żyroskopowe.

Najprostszym przykładem żyroskopu jest szczyt lub znany bączek dla dzieci. Ciało obracające się wokół określonej osi, które utrzymuje swoje położenie w przestrzeni, jeśli na żyroskop nie działają żadne zewnętrzne siły i momenty tych sił. Jednocześnie żyroskop jest stabilny i jest w stanie wytrzymać wpływ sił zewnętrznych, o czym w dużej mierze decyduje jego prędkość obrotowa.

Na przykład, jeśli szybko zakręcimy bączek, a następnie go popchniemy, to nie spadnie, ale będzie się nadal obracał. A gdy prędkość wierzchołka spadnie do określonej wartości, rozpocznie się precesja – zjawisko, gdy oś obrotu opisuje stożek, a moment pędu wierzchołka zmienia kierunek w przestrzeni.


Rodzaje żyroskopów

Istnieje wiele rodzajów żyroskopów: dwa I trzy stopnie(rozdzielenie według stopni swobody lub możliwych osi obrotu), mechaniczny, laser I optycznyżyroskopy (separacja oparta na zasadzie działania).

Spójrzmy na najczęstszy przykład - mechaniczny żyroskop obrotowy . Zasadniczo jest to blat obracający się wokół osi pionowej, która obraca się wokół osi poziomej i z kolei jest zamocowana w innej ramie, która obraca się wokół trzeciej osi. Nieważne jak obrócimy blat, zawsze będzie on w pozycji pionowej.

Zastosowania żyroskopów

Żyroskopy ze względu na swoje właściwości są bardzo szerokie zastosowanie. Stosowane są w systemach stabilizacji statków kosmicznych, w systemach nawigacji statków i samolotów, w urządzenia mobilne i konsole do gier, a także sprzęt do ćwiczeń.

Zastanawiam się jak takie urządzenie może zmieścić się w nowoczesnym telefon komórkowy i dlaczego jest tam potrzebny? Faktem jest, że żyroskop pomaga określić położenie urządzenia w przestrzeni i poznać kąt odchylenia. Telefon nie ma oczywiście bezpośrednio obrotowego blatu; żyroskop to układ mikroelektromechaniczny (MEMS) zawierający elementy mikroelektroniczne i mikromechaniczne.

Jak to działa w praktyce? Wyobraźmy sobie, że grasz w swoją ulubioną grę. Na przykład wyścigi. Aby obrócić kierownicę wirtualnego samochodu, nie musisz naciskać żadnych przycisków, wystarczy zmienić położenie gadżetu w dłoniach.


Jak widać, żyroskopy to niesamowite urządzenia, które mają korzystne właściwości. Jeśli potrzebujesz rozwiązać problem obliczenia ruchu żyroskopu w polu sił zewnętrznych, skontaktuj się ze specjalistami obsługi studenckiej, którzy pomogą Ci szybko i skutecznie sobie z tym poradzić!

Żyroskop mechaniczny nie jest aż tak skomplikowanym urządzeniem, ale jego działanie to naprawdę piękny widok. Naukowcy badają jego właściwości od ponad dwustu lat. Można by pomyśleć, że wszystko zostało zbadane, ponieważ od dawna zostało odkryte i praktyczne zastosowanie i temat należy zamknąć.

Są jednak entuzjastyczni ludzie, którzy niestrudzenie twierdzą, że gdy żyroskop działa, jego ciężar zmienia się, gdy obraca się w tym czy innym kierunku lub w określonej płaszczyźnie. Co więcej, wnioski brzmią tak, jakby żyroskop pokonywał grawitację. Lub tworzy tak zwaną grawitacyjną strefę cienia. I wreszcie są ludzie, którzy twierdzą, że jeśli prędkość obrotowa żyroskopu zostanie przekroczona do pewnej wartości krytycznej, to to urządzenie zyskuje ujemną wagę i zaczyna odlatywać od Ziemi.

Z czym mamy do czynienia? Możliwość przełomu cywilizacyjnego czy pseudonaukowe złudzenie?

Teoretycznie zmiana wagi jest możliwa, ale przy takiej duże prędkościże nie da się tego sprawdzić doświadczalnie w normalnych warunkach. Są jednak ludzie, którzy twierdzą, że widzieli, jak grawitacja Ziemi została pokonana przy prędkości obrotowej zaledwie kilku tysięcy minut. Ten eksperyment ma na celu sprawdzenie tej hipotezy.

Charakterystyka najprostszego domowego żyroskopu.

Nie każdy jest w stanie złożyć żyroskop. Automatyczny wałek zmontował żyroskop o wadze ponad 1 kg. Maksymalna prędkość obrotowa 5000 obr./min. Jeżeli efekt zmiany ciężaru rzeczywiście występuje, będzie on zauważalny na skali dźwigniowej. Ich dokładność, biorąc pod uwagę tarcie w zawiasach, mieści się w granicach 1 g.

Zacznijmy eksperyment.

Najpierw obróćmy zrównoważony żyroskop w płaszczyźnie poziomej zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Obracające się koło zamachowe nigdy nie będzie całkowicie wyważone, ponieważ nie może być idealnie wyważone. Tak i nie ma idealnych łożysk.

Skąd biorą się drgania osiowe i promieniowe, które przenoszą się na równoważnię? Co może skutkować wyimaginowanym przyrostem lub utratą wagi? Spróbujmy obrócić koło zamachowe w innym kierunku, aby przetestować teorię, że kierunek obrotu odgrywa rolę główną rolę w zaćmieniu grawitacyjnym. Wygląda jednak na to, że cud nigdy się nie wydarzy.

Co się stanie, jeśli powiesisz i obrócisz żyroskop płaszczyzna pionowa? Ale nawet w tym przypadku na wadze nie zachodzą żadne zmiany.

Wymuszona precesja.

Być może w szkole lub instytucie pokazano ci taką konfigurację, aby zademonstrować wymuszoną precesję. Jeśli obrócisz żyroskop na przykład zgodnie z ruchem wskazówek zegara w płaszczyźnie pionowej, a następnie obrócisz go ponownie w prawo, jeśli spojrzysz z góry, ale w płaszczyźnie poziomej, wydaje się, że wystartował. Tak na to reaguje wpływy zewnętrzne i stara się połączyć oś i kierunek swojego obrotu z osią i kierunkiem obrotu w nowej płaszczyźnie.

Niektórzy ludzie, którzy nagle zetknęli się z tym tematem, błędnie rozumieją ten proces. Wydaje się, że mechaniczny żyroskop jest w stanie wystartować, jeśli zostanie na siłę obrócony w drugiej płaszczyźnie i w ten sposób podobno można stworzyć innowacyjny silnik. Jednocześnie żyroskop podnosi się tutaj tylko dlatego, że jest odpychany od obrotowego stojaka, a on z kolei odpychany jest od stołu. W stanie nieważkości całkowity pęd takiej konstrukcji będzie wynosić zero.

Wśród żyroskopów mechanicznych wyróżnia się żyroskop obrotowy - szybko obracające się sztywne ciało którego oś obrotu może zmieniać orientację w przestrzeni. Jednocześnie prędkość
obrót żyroskopu znacznie przekracza prędkość obrotu jego osi
obrót. Główną właściwością takiego żyroskopu jest zdolność do utrzymania
przestrzeń stały kierunek osi obrotu w przypadku braku
wpływ na niego momentów sił zewnętrznych.

Koniecznie obejrzyj ten film.
To jest żyroskop kupiony w sklepie:

Tak, ze śmieci)) będziemy potrzebować - 1. kawałek laminatu (znalazłem skrawek od dziadka
balkon), 2. Dno i wieczko puszki (zjedliśmy fasolę i wyjęliśmy
słoik) 3. Stalowy kij (najtrudniejsza część - znaleziona na ulicy)
4. Plastelina (skradziona mojej siostrze) 5. Orzechy i/lub ciężarki 6. Dwa
śruba, przebijak (na końcu coś ostrego, wystarczy szydło, dziadek ma wszystko)
6. drut (gruba miedź, znalazł go mój dziadek)) 7. Poxypol (lub inne utwardzanie
klej, wziąłem od mojego dziadka)) 8. Taśma elektryczna (ibid.)) 9. Nici (na początek i inne rzeczy
także u babci)) oraz piłę, śrubokręt itp.
ogólna idea jest tutaj jasna

Następnie wycinamy ramkę z laminatu i zaginamy drut w pierścień, także do wewnątrz
śruby należy wbić we wgłębienie szydłem (nie zrobiłem tego ponownie, po prostu
Zdemontowałem żyroskop i zrobiłem zdjęcia części...))

następnie zamontujemy główną część - wirnik (lub coś innego)) zajmiemy dół i
szyi (są takie same) robimy w nich dziurkę (na środku!!) dziurkę należy
być gruby jak żelazny kij. Przycinamy żelazny pręt na długość, końce
Aby uzyskać lepsze wyrównanie, włóż pręt do wiertła i jak to zrobić
maszynę, ostrzymy ją pilnikiem po obu stronach;
wątek fabryczny (znajdziesz go na zdjęciu)) rozsmarujemy plastelinę na jednym z dysków i
napełnimy go nakrętkami i obciążnikami (w końcu ten, kto ma stalowy pierścień
Awesome), a następnie połącz oba dyski (sandwich) i przepchnij je przez otwory
oś nasmaruj całość Poxypolem, włóż (to coś)) do wiertła i pa
Podłoga w Poxy robi się zimna, wycentrujemy dysk (aby w niego nie uderzyć) to jest najważniejsze
częścią pracy. Równowaga musi być idealna.

Ten domowy produkt będzie interesujący przede wszystkim dla małych dzieci. Zwłaszcza jeśli to połączyć. Ogólnie rzecz biorąc, wykonanie żyroskopu obrotowego z improwizowanych środków jest świetny sposób baw się dobrze i pożytecznie spędź swój wolny czas. Pomimo wizualnej złożoności całej konstrukcji, jest ona bardzo prosta w wykonaniu, ponieważ tak naprawdę żyroskop to zwykły blat, tylko z „sekretem”.

Jednak sama zasada działania żyroskopu jest również dość prosta: koło zamachowe obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara wokół własnej osi, która z kolei jest połączona z pierścieniem i wykonuje ruchy obrotowe w płaszczyźnie poziomej. Pierścień ten jest sztywno osadzony w innym pierścieniu, który obraca się wokół trzeciej osi. Oto cała tajemnica.

Proces produkcji obrotowego żyroskopu mechanicznego

Z plastikowa rura wytnij dwa pierścienie o tej samej szerokości. Będziesz także potrzebował łożyska, które należy pokryć superklejem, aby się nie obracało. W pierścień wewnętrzny wciskamy drewnianą „tabletkę”, w której należy wywiercić pośrodku otwór na metalowy pręt ze spiczastymi końcami.

Kładziemy kawałek na jednej krawędzi pręta plastikowa rurka(można wypożyczyć z długopisu). W plastikowy pierścień wiercimy dwa otwory na pręt i łączymy go z osią obrotową łożyska za pomocą metalowych rurek o większej średnicy (można zastosować odcinki anteny teleskopowej).

Mechaniczny żyroskopy są różne. Szczególnie interesujący jest żyroskop obrotowy. Jego istota polega na tym, że ciało obracające się wokół własnej osi jest dość stabilne w przestrzeni, chociaż może zmieniać kierunek samej osi. Prędkość obrotowa osi jest znacznie mniejsza niż prędkość obrotowa krawędzi żyroskopu. Obracanie żyroskopu przypomina poruszanie bączkiem po podłodze. Różnica między bączkiem a żyroskopem polega na tym, że bączek jest swobodny w przestrzeni, natomiast żyroskop obraca się w ściśle określonych punktach znajdujących się na zewnętrznym pasku i posiada zabezpieczenie, dzięki czemu może się dalej obracać w przypadku upadku.

Będziesz potrzebować

  • - dwie pokrywki z puszek
  • - kawałek laminatu
  • - taśma elektryczna
  • - nakrętki 6 szt.
  • - oś stalowa lub gwóźdź
  • - plastelina
  • - klej
  • - 2 śruby
  • - gruby drut
  • - wiertło, pilnik

Instrukcje

  1. Mając te części w ręku, możemy przystąpić do montażu rotora. Dziurki robimy dokładnie na środku wieczek puszek, najlepiej tym samym gwoździem, z którego zrobimy oś rotora. Następnie za pomocą plasteliny mocujemy nakrętki na pokrywie, można umieścić więcej niż sześć, ciężar wzdłuż krawędzi wirnika zwiększy czas jego obrotu.
  2. Następnie tworzymy oś. W tym celu należy zamocować wiertarkę elektryczną w imadle, dokręcić gwóźdź bez łba i naostrzyć pilnikiem. W ten sposób ostrzenie osi będzie zlokalizowane jak najbliżej środka osi. Konieczne jest ostrzenie po obu stronach.
  3. Nie wyjmując zaostrzonej osi z wiertła, wykonamy rowek pod gwint, który będzie napędzał wirnik. Osłonę z nakrętkami mocujemy do osi za pomocą kleju, jednak nie używamy takiego, który zbyt szybko twardnieje. Poxipol działa dobrze. Posmaruj orzechy tym samym klejem.
  4. Teraz najważniejsze jest zrównoważenie. Podczas gdy klej wysycha, należy idealnie ustawić ciężarki wokół krawędzi pokrywy. Włączamy wiertarkę (pionowo), jeśli obracający się wirnik uderza w jedną stronę, to jakiś ładunek nie jest prawidłowo ustawiony. Naprawiamy to i próbujemy ponownie. Nasmaruj nakrętki na górze i przykryj drugą pokrywką. Przyklejamy taśmę elektryczną do krawędzi wirnika. Wysuszmy to. Sam rotor jest gotowy!
  5. Bierzemy dwie dłuższe śruby, mocujemy je w imadle i wycinamy w nich otwory, w których zostanie zamocowany wirnik. Teraz musimy wymyślić zewnętrzną ramę. Wytnij okrąg z laminatu. Lepiej wcześniej narysować go kompasem. Natychmiast narysuj linie pionowe i poziome pod kątem 90 stopni. Wewnątrz wycinamy mniejsze koło, ale takie, aby rotor się tam zmieścił. Przez poziome linie Wykonujemy otwory na śruby naprzeciwko siebie. Wkręcamy śruby. Pomiędzy nimi umieszczamy oś naszego żyroskopu. Jednocześnie nie można go dokręcić zbyt mocno, w przeciwnym razie tarcie zmniejszy prędkość obrotową i nic nie zadziała. Pozostaw około 1 mm skoku, ale tak, aby żyroskop nie wypadł ze śrub. Śruby przyklejamy do drążka tak, aby wibracje nie odkręciły ich od ramy.
  6. Pozostaje tylko zainstalować ochronę. Weź gruby drut i zegnij go w pierścień. W miejscu zaznaczonej poziomej linii przyczepiamy ją do naszego produktu. Żyroskop jest gotowy. Owijamy nić wokół osi i gwałtownie ją ciągnąc, sprawdzamy jej działanie.