Гироскопические вращательные системы
Понятие о гироскопической массе. особенности применения закона сохранения импульса. Создание гироскопического безопорного движителя для обеспечения поступательного движения за счет использования противодействующей силы при повороте оси вращения гироскопа.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.03.2018 |
| Размер файла | 325,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Гироскопические вращательные системы
Берников Василий Русланович.
Начальник лаборатории ЗАО «НПП «Салют-27», г. Нижний Новгород.
Рассмотрим систему, состоящую из гироскопа (вращающегося диска с угловой скоростью щ ), рычага радиусом R, оси О и платформы (см. рис.1). Диск закреплён к рычагу, который может свободно вращаться на оси О. На рычаге имеется фиксатор, с помощью которого можно устанавливать угол между рычагом и направлением вращения жёстко закреплённого диска. Пусть угол равен нулю. Ось О закреплена на платформе. Масса диска намного меньше массы всей системы.
Представим, что плоскость АБ (платформа) закреплена и не может вращаться, а только совершать поступательное движение в направлении АБ или БА.. Поворачивая рычаг R с вращающимся диском, жёстко закрепленным на рычаге (см. рис.1), необходимо приложить определённое усилие пропорциональное скорости вращения щ и массе диска.
Рис. 1.
При движении диска по окружности из точки А в точку Б вся система передвинется в направлении БА на величину ?l1 .
При движении диска по окружности из точки Б в точку А вся система передвинется уже в направлении АБ на ту же величину ?l1 .
Теперь пусть тот же самый вращающийся диск не закреплён жёстко на рычаге R (см. рис.2).
Рис. 2.
Чтобы повернуть рычаг с незакреплённым вращающимся диском, необходимо применить значительно меньшее усилие, которое пропорционально только массе диска (на гироскоп не действуют силы стремящиеся повернуть его относительно собственной оси вращения). В данном случае вся система передвинется на величину ?l2 в направлении БА при движении диска по окружности из А в Б и в обратном направлении при движении диска по окружности из Б в А на ту же величину ?l2 .
Очевидно, что ?l1 > ?l2 . Причём, чем меньше масса диска и выше собственная угловая скорость щ, тем больше величина перемещения
?l = ?l1 - ?l2 в пределе стремящаяся к 2R
Таким образом, передвигая закреплённый вращающийся диск из А в Б, а незакреплённый из Б в А (см. рис.3) вся система придёт в поступательное движение в направлении БА при каждом цикле на величину ?l = ?l1 - ?l2 .
При непрерывном вращении рычага с дисками и угловой скоростью Щ система пройдёт путь l = n?l, где n - число оборотов рычага.
Таким образом, можно ввести понятие гироскопической массы, возникающей в момент поворота оси гироскопа.
Рис. 3.
Гироскопическая масса определяется по следующей эмпирической формуле:
mГ = k • 0,001• m • щ • Щ • r2 /(R + r),
где k - гироскопический коэффициент .зависящий от траектории движения гироскопа и формы гироскопа;
m - масса гироскопа;
щ - угловая скорость гироскопа;
Щ - угловая скорость рычага с жёстко закреплённым гироскопом;
R - радиус (длина) рычага;
r - радиус диска.
Следует отметить, что вращающийся закреплённый диск поворачивает ось вращения щ на 180 градусов при передвижении от точки А в точку Б. От точки Б в А ось вращающегося незакреплённого диска сохраняет свою ориентацию(свойство гироскопа) и приходит в точку А с вращением диска в обратную сторону, но общий принцип перемещения на величину ?l не зависит от угла между рычагом и направлением вращения щ закреплённого гироскопа, так как имеет значение только поворот оси гироскопа
Теперь пусть платформа АБ незакреплена, тогда для существования гироскопической массы необходимо компенсировать момент сил, возникающий при движении закреплённого и незакреплённого вращающегося диска, которые поворачивают всю систему относительно оси АБ, оси ВГ и оси О перпендикулярной АБ и ВГ(см. рис.3).
Отобразим зеркально слева направо систему, показанную на рис.3. Причём в правой половине направление вращения щ изменим напротивоположное. Получим систему, в которой скомпенсирован момент сил относительно оси АБ и оси симметрии О' (см. рис.4).
Рис. 4.
Теперь отобразим зеркально левую и правую половину системы из. рис.4. Получим систему (см. рис.5), в которой будет скомпенсирован момент сил относительно и оси ВГ.
Вращение рычагов с дисками происходит синхронно. В результате вся система начнёт совершать поступательное движение в направлении БА.. Происходит реактивное движение с отбрасыванием гироскопической массы.
Рис. 5.
гироскопический вращательный движение
После введения понятия гироскопической массы к системе вращающихся тел можно применять закон сохранения импульса.
Таким образом, можно создать гироскопический безопорный движитель (гиробод) для обеспечения поступательного движения за счёт использования противодействующей силы при повороте оси вращения закреплённого гироскопа на рычаге относительно центра по окружности до противоположной точки её и далее по окружности в том же направлении незафиксированного гироскопа в начальную точку.
Компенсация возникающих вращательных моментов на систему осуществляется применением нескольких одинаковых ячеек синхронно вращающихся пар из двух гироскопов.
Литература
1. Толчин В. Н., Инерцоид, Пермь, Пермское книжное издательство, 1977.
2. Иванов М.Г., Безопорные двигатели космических аппаратов, Москва, издательство ЛКИ, 2008.
3. Сабодаш П.Ф., Теоретическая механика, Москва, Дрофа, 2004.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Примеры, доказывающие наличие ограничений в применении закона сохранения момента импульса для замкнутой механической системы. Определение потерь энергии ударной волны при её распространении в жидкой среде эллипсоида. Реализация безопорного движителя.
статья [322,8 K], добавлен 05.07.2016Понятие и главное свойство гироскопа (волчка). Основное допущение элементарной теории. Сущность теоремы Резаля. Особенности движения волчка при воздействии внешних сил. Изучение закона прецессии гироскопа. Определение момента гироскопической реакции.
презентация [554,7 K], добавлен 02.10.2013Общее понятие гироскопа, его важнейшие свойства. Основное допущение элементарной теории. Реакция гироскопа на внешние силы. Момент гироскопической реакции, сущность теоремы Резаля. Оценка воздействия мгновенной силы на направление оси гироскопа.
презентация [415,9 K], добавлен 30.07.2013Измерение полного импульса замкнутой системы. Строение и свойства лазерного наноманипулятора. Направление момента силы относительно оси. Закон изменения и сохранения момента импульса. Уравнение движения центра масс. Системы отсчета, связанные с Землей.
презентация [264,6 K], добавлен 29.09.2013Три основных закона динамики Исаака Ньютона. Масса и импульс тела. Инерциальные системы, принцип суперпозиции. Импульс произвольной системы тел. Основное уравнение динамики поступательного движения произвольной системы тел. Закон сохранения импульса.
лекция [524,3 K], добавлен 26.10.2016Импульс тела и силы. Изучение закона сохранения импульса и условий его применения. Исследование истории реактивного движения. Практическое применение принципов реактивного движения тела в авиации и космонавтике. Характеристика значения освоения космоса.
презентация [629,8 K], добавлен 19.12.2012Правила выполнения контрольных работ. Кинематика поступательного движения. Силы в механике. Закон сохранения импульса. Затухающие и вынужденные колебания. Волны, механизм их возникновения. Звук, его характеристики. Распределения Максвелла и Больцмана.
методичка [253,8 K], добавлен 02.06.2011Понятие механической системы; сохраняющиеся величины. Закон сохранения импульса. Взаимосвязь энергии и работы; влияние консервативной и результирующей силы на кинетическую энергию частицы. Момент импульса материальной точки; закон сохранения энергии.
курсовая работа [111,6 K], добавлен 06.12.2014Нахождение тангенциального ускорения камня через секунду после начала движения. Закон сохранения механической энергии. Задача на нахождение силы торможения, натяжения нити. Уравнение второго закона Ньютона. Коэффициент трения соприкасающихся поверхностей.
контрольная работа [537,9 K], добавлен 29.11.2013Первый, второй и третий законы Ньютона. Инерциальные системы, масса и импульс тела. Принцип суперпозиции, импульс произвольной системы тел. Основное уравнение динамики поступательного движения произвольной системы тел. Закон сохранения импульса.
лекция [3,6 M], добавлен 13.02.2016Законы сохранения в механике. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью машины Атвуда. Применение закона сохранения энергии для определения коэффициента трения. Законы сохранения импульса и энергии.
творческая работа [74,1 K], добавлен 25.07.2007Изучение кинематики и динамики поступательного движения на машине Атвуда. Изучение вращательного движения твердого тела. Определение момента инерции махового ко-леса и момента силы трения в опоре. Изучение физического маятника.
методичка [1,3 M], добавлен 10.03.2007Сущность механического, поступательного и вращательного движения твердого тела. Использование угловых величин для кинематического описания вращения. Определение моментов инерции и импульса, центра масс, кинематической энергии и динамики вращающегося тела.
лабораторная работа [491,8 K], добавлен 31.03.2014Законы сохранения импульса и момента импульса. Геометрическая сумма внутренних сил механической системы. Законы Ньютона. Момент импульса материальной точки. Изотропность пространства. Момент импульса материальной точки относительно неподвижной оси.
презентация [337,7 K], добавлен 28.07.2015Сущность движения материальных тел. Виды и основные формулы динамики поступательного движения. Классическая механика, как наука. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Величина, определяющая инерционные свойства тела. Понятие массы и тела.
контрольная работа [662,8 K], добавлен 01.11.2013Измерение силы тока, проходящего через резистор. Закон сохранения импульса. Трение в природе и технике. Закон сохранения механической энергии. Модели строения газов, жидкостей и твердых тел. Связь температуры со скоростью хаотического движения частиц.
шпаргалка [126,6 K], добавлен 06.06.2010Понятие массы тела и центра масс системы материальных точек. Формулировка трех законов Ньютона, лежащих в основе классической механики и позволяющих записать уравнения движения для любой механической системы. Силы гравитационного притяжения и тяжести.
презентация [636,3 K], добавлен 21.03.2014Движение несвободной частицы. Силы реакции и динамика частиц. Движение центра масс, закон сохранения импульса системы. Закон сохранения кинетического момента системы. Закон сохранения и превращения механической энергии системы частиц. Теорема Кёнига.
доклад [32,7 K], добавлен 30.04.2009Различие силы тяжести и веса. Момент инерции относительно оси вращения. Уравнение моментов для материальной точки. Абсолютно твердое тело. Условия равновесия, инерция в природе. Механика поступательного и вращательно движения относительно неподвижной оси.
презентация [155,5 K], добавлен 29.09.2013Гидроаэромеханика. Законы механики сплошной среды. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения энергии. Гидростатика. Равновесие жидкостей и газов. Прогнозирование характеристик течения. Уравнение неразрывности.
курсовая работа [56,6 K], добавлен 22.02.2004
