- •Основні відомості про правила обробки результатів вимірювання
- •Визначення густини тіл правильної геометричної форми
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладів
- •Виконання роботи
- •Обробка результатів вимірювання
- •Додаток 1
- •Додаткове завдання
- •Контрольні питання
- •Перевірка законів збереження при пружному та непружному ударах
- •Теоретичні відомості
- •Абсолютно пружний удар
- •Абсолютно непружний удар
- •Опис лабораторної установки
- •Методика вимірювань
- •Послідовність виконання роботи
- •Обробка результатів
- •Висновки:
- •Контрольні питання
- •Визначення моменту інерції тіла довільної форми відносно обраної осі
- •Теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки
- •Методика вимірювання
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Вивчення основного закону обертального руху
- •Теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки
- •Методика вимірювань
- •Момент інерції маятника Обербека дорівнює
- •Послідовність виконання роботи
- •Вимірювання моменту інерції махового колеса
- •Теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки і методика вимірювань
- •Рівняння (6) і (7) дають
- •Послідовність виконання роботи
- •Вивчення руху триступеневого гіроскопа
- •Теоретичні відомості
- •В результаті вісь гіроскопа повернеться на деякий кут dφ (рис. 2) так, що
- •Із рівняння (5) випливає, що кутова швидкість прецесії дорівнює
- •Методика вимірювання і порядок виконання завдань
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 107 Визначення прискорення вільного падіння тіл за допомогою маятника
- •Теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки і методика вимірювання
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
Із рівняння (5) випливає, що кутова швидкість прецесії дорівнює
або (6)
Зверніть увагу!
Відносно наземних орієнтирів спостерігається поворот осі гіроскопа.
Швидкість повороту осі гіроскопа відносно наземних орієнтирів залежить від географічної широти місцезнаходження гіроскопа і напрямку його головної осі. Цей поворот осі є уявним, він виникає внаслідок обертання Землі навколо своєї осі.
На рис. 3 показана схема, яка пояснює принцип дії суднового гірокомпасу, встановленого на екваторі. Гіромотор з маховиком, що не обертається, перетворюється на фізичний маятник, який може коливатися навколо осі Y внутрішнього кільця карданного підвісу А (рис. 1).
На нерухомій відносно Землі основі плече l цього маятника силами тяжіння встановлюється вздовж вертикалі, перпендикулярно до нього вісь обертання маховика розташовується в горизонтальній площині (рис. 3).
Після запуску гіромотору починається “боротьба” між маятником і першою властивістю гіроскопа. Кожний з них прагне проявити свої якості: гіроскоп – зберегти положення осі незмінним в абсолютному просторі, маятник – встановити своє плече вздовж вертикалі, яка змінює своє положення через обертання Землі.
В результаті цієї “боротьби” плече маятника відхиляється гіроскопом від вертикалі, а на гіроскоп навколо осі внутрішнього кільця карданного підвісу діє момент М, створений відхиленням маятника. Під дією цього моменту гіроскоп прецесує, приводячи вісь обертання маховика в площину меридіана.
Приклад
Припустимо, що гірокомпас розташований на судні, яке спокійно стоїть біля причалу. Таке судно фактично являє собою “нерухому основу” відносно
Землі, тому вісь обертання маховика гірокомпаса віднайде напрямок
площини меридіана і залишиться в цій площині.
Та ось судно відходить у рейс. Воно може робити будь-які повороти (еволюції), але вісь обертання маховика гірокомпаса завжди залишиться спрямованою на “північ”.
Щоб визначити положення поздовжньої осі судна (кіля) відносно площини меридіана, в гірокомпасі, як і в магнітному компасі, може застосовуватись горизонтальний диск з поділками, закріплений на осі зовнішнього кільця карданного підвісу гірокомпасу (рис. 1).
Прилад на палубі встановлюють таким чином, щоб тонка риска (стрілка), нанесена на корпус приладу, була паралельною до поздовжньої осі (кіля) судна. Диск з поділками (шкала) стабілізується гіроскопом. Тому він не приймає участі в кутових рухах судна, його діаметр “північ-південь” завжди збігається з площиною меридіана, а діаметр “захід-схід” – з площиною паралелі. Відлік починається з відмітки “0”, що збігається з буквою “С”, і ведеться за годинниковою стрілкою.
Таким чином, якщо судно йде точно на “північ”, його поздовжня вісь, позначена тонкою рискою на корпусі приладу, є паралельною до осі обертання маховика і діаметра “північ-південь” шкали гіроскопа. Інакше кажучи, судно йде курсом “0”.
Якщо судно змінило курс і йде точно на “північний схід”, тонка риска, повернувшись разом із судном, стане напроти позначки 45 градусів шкали приладу – це є новий курс судна: 45 градусів.
В сучасних гіроскопах замість такої шкали застосовують електричні вимірювачі кутів розбіжностей між кілем судна і віссю обертання маховика – так звані обертальні трансформатори, які дозволяють передавати показання гіроскопа до різних споживачів (радіолокатора, радіопеленгатора тощо).
Для визначення уявного повороту головної осі гіроскопа, який викликаний обертанням Землі, можна використовувати пристрої, робота яких грунтується на другій властивості гіроскопу – прецесії.
Приклад. В гіроскопічному датчику курсу для усунення уявного повороту головної осі гіроскопа навколо вертикальної осі використовується азимутальний корегуючий пристрій.
До внутрішньої рамки гіроскопа відносно осі Y прикладають зовнішній момент такої величини і напрямку, щоб примусити гіроскоп прецесувати навколо вертикальної осі в напрямку обертання Землі з кутовою швидкістю уявного повороту головної осі гіроскопа в горизонтальній площині на даній географічній широті.
Зовнішній момент створюється зовнішньою силою, прикладеною до внутрішньої рамки гіроскопа, або спеціальним моментним електричним двигуном, поворот якого встановлено на осі внутрішньої рамки (рис. 5).
Корегуючий електродвигун (1), працюючи в гальмівному режимі, створить необхідний момент, прикладений до внутрішньої рамки гіроскопа. Величина цього моменту може регулюватися зміною напруги за допомогою потенціометра широтного балансування (2). Напрям живлення електродвигуна змінюється із зміною географічної широти місцезнаходження гіроскопа.
Для утримання головної осі гіроскопа нерухомою в площині горизонту використовують горизонтуючий пристрій.
Вказана компенсація здійснюється за допомогою горизонтальної корекції, яка може бути двох видів: маятникова і міжрамкова. Горизонтальна корекція контролює положення головної осі гіроскопа не відносно горизонту, а відносно площини зовнішньої рамки.
Сьогодні на транспортних та промислових суднах встановлюють гіроскопічну курсову систему “Вега” (рис. 4).
Вона має в своєму складі не тільки гіроскопічний пристрій, але й допоміжні прилади (пускач, перетворювач, прилад живлення, коректор-транслятор), а також прилади для розмноження його показань – розгалужену мережу, яка подає сигнали про курс судна різним споживачам.
Особливістю курсової системи “Вега” є пристрій виключення впливу маятника на гіроскоп, що дозволяє експлуатувати головний гіропристрій в
2 режимах – гірокомпаса та гіроазимута.
Якщо судно йде постійним курсом, а море є спокійним, то гіропристрій працює в режимі гірокомпаса. Якщо судно маневрує або море хвилюється, то гіропристрій переводять в режим зберігання напрямку (гіроазимута).
Помилка курсової системи “Вега” складає 0,8-1,5 град. залежно від умов плавання. Однак в багатьох випадках потрібні більш точні курсові системи, тому їх удосконалення продовжується.