Физика на ладони. Об устройстве Вселенной – просто и понятно - стр. 76

Эффект, которого мы добились, называется гироскопическим. Он предполагает, что вращающийся объект, подверженный действию двух сил (то есть «моменту»), вращается вокруг своей оси в направлении перпендикулярном действию этих сил.

Рис. 6.11 – Вращение колеса, подверженного действию двух сил

Влияние на движение юлы

Возьмем опять пример с юлой и предположим, что она слегка наклонена относительно вертикальной оси (➙ рис. 6.12). Вес выступает моментом силы, который должен был бы, по идее, заставить ось юлы качнуться влево, пока она не упадет на землю. То есть ситуация идентична примеру с колесом, которую мы рассмотрели выше (➙ рис. 6.11). Мы можем из этого заключить, что вес стремится качнуть юлу в нашу сторону, а не вниз: другими словами, вес больше не стремится опрокинуть юлу! Напротив, наклоняясь в нашу сторону, юла начинает двигаться так, что ее ось описывает конус вокруг вертикали: такое движение называется прецессией.

Мы видим, что угол между осью юлы и вертикалью остается неизменным: если угол изначально очень маленький (юла почти вертикальна), он таким и останется. Таким образом, вертикальная юла останется вертикальной, несмотря на действие веса.

Рис. 6.12 – Явление прецессии

Момент, который совершает вес, заставляет юлу качнуться в нашу сторону из-за гироскопического эффекта. Также, если ось юлы направлена к нам, вес стремится заставить ее качнуться вправо. Таким образом, юла описывает круг по горизонтальной плоскости, благодаря чему ее ось рисует конус вокруг вертикали.

Применение гироскопического эффекта

В конечном итоге «гироскопический эффект», который объясняет устойчивость вращающейся юлы, используется в том числе в том, что мы называем гироскопами. Когда они вращаются вокруг своей оси, ось их вращения направлена в определенную сторону: благодаря гироскопическому эффекту изменить наклон этой оси очень трудно, подобно тому как вес не может наклонить юлу.

Предположим, что мы поместили гироскоп в искусственный спутник таким образом, чтобы ось его вращения указывала на известную звезду. Спутник может двигаться как угодно, благодаря гироскопическому эффекту направление оси вращения гироскопа не изменится.

В конечном итоге, измеряя наклон гироскопа по отношению к спутнику (что довольно легко), можно вычислить наклон спутника по отношению к известной звезде. Иными словами, нам известно направление спутника в любой момент. Благодаря этому гироскопы широко используются для контроля поведения спутников.

Рис. 6.13 – Юла в равновесии над пустотой

Ситуация такая же, как и на