Что такое гироскоп 8 букв
Что такое гироскоп 8 букв
Быстро вращающееся твёрдое тело, основа одноимённого устройства, способного измерять изменение углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат, как правило основанное на законе сохранения вращательного момента
Вращающееся с большой скоростью симметричное твердое тело, ось вращения которого может изменять свое направление в пространстве (гироскоп)
Механич. узел автопилота самолёта (гироскоп)
Прибор в автопилоте (гироскоп)
Прибор с маховиком для автоматического регулирования устойчивости (гироскоп)
Принцип устройства волчка (гироскоп)
Свободно подвешенное, быстро вращающееся тело (волчок), ось вращения которого может изменять свое положение в пространстве, но благ. ря быстрому вращению сохраняет неизменное направление при любых изменениях положения подвеса (гироскоп)
Твердое тело, ось вращения которого свободна, но при быстром вращении сохраняет свое направление в пространстве (гироскоп)
«Детский волчок» в автопилоте самолёта (гироскоп)
Быстро вращающееся твердое тело, используется в автопилотах (гироскоп)
Механический узел автопилота самолёта (гироскоп)
Свободно подвешенное быстро вращающееся тело (гироскоп)
Узел прибора горизонтальности самолёта (гироскоп)
Прибор с диском и свободной осью, всегда сохраняющей неизменное положение (гироскоп)
Прибор для определения отклонений самолета от курса (гироскоп)
технической механники (гироскоп)
(c) База Бушмена: ответы на сканворды и кроссворды 2022
Гироскоп
Гироско́п (от др.-греч. γῦρος «круг» и σκοπέω «смотрю») — устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета. Простейший пример гироскопа — юла (волчок).
Термин впервые введен Жаном (Бернаром Леоном) Фуко в его докладе в 1852 году Французской Академии Наук. Доклад был посвящён способам экспериментального обнаружения вращения Земли в инерциальном пространстве. Этим и обусловлено название «гироскоп».
Содержание
История
До изобретения гироскопа человечество использовало различные методы определения направления в пространстве. Издревле люди ориентировались визуально по удалённым предметам, в частности, по Солнцу. Уже в древности появились первые приборы: отвес и уровень, основанные на гравитации. В средние века в Китае был изобретён компас, использующий магнетизм Земли. В Европе были созданы астролябия и другие приборы, основанные на положении звёзд.
Преимуществом гироскопа перед более древними приборами являлось то, что он правильно работал в сложных условиях (плохая видимость, тряска, электромагнитные помехи). Однако вращение гироскопа быстро замедлялось из-за трения.
Во второй половине XIX века было предложено использовать электродвигатель для разгона и поддержания вращения гироскопа. Впервые на практике гироскоп был применён в 1880-х годах инженером Обри для стабилизации курса торпеды. В XX веке гироскопы стали использоваться в самолётах, ракетах и подводных лодках вместо компаса или совместно с ним.
Классификация
Основные типы гироскопов по количеству степеней свободы:
Основные два типа гироскопов по принципу действия:
Механические гироскопы
Среди механических гироскопов выделяется ро́торный гироско́п — быстро вращающееся твёрдое тело (ротор), ось вращения которого может свободно изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство такого гироскопа — способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на него моментов внешних сил и эффективно сопротивляться действию внешних моментов сил. Это свойство в значительной степени определяется величиной угловой скорости собственного вращения гироскопа.
Впервые это свойство использовал Фуко в 1852 г. для экспериментальной демонстрации вращения Земли. Именно благодаря этой демонстрации гироскоп и получил своё название от греческих слов «вращение», «наблюдаю».
Свойства трехстепенного роторного гироскопа
При воздействии момента внешней силы вокруг оси, перпендикулярной оси вращения ротора, гироскоп начинает поворачиваться вокруг оси прецессии, которая перпендикулярна моменту внешних сил.
Это свойство обусловлено возникновением так называемой кориолисовой силы. Так, при воздействии момента внешней силы гироскоп поначалу будет вращаться именно в направлении действия внешнего момента (нутационный бросок). Каждая частица гироскопа будет таким образом двигаться с переносной угловой скоростью вращения вследствие действия этого момента. Но ротор гироскопа, помимо этого, и сам вращается, поэтому каждая частица будет иметь относительную скорость. В результате возникает кориолисова сила, которая заставляет гироскоп двигаться в перпендикулярном приложенному моменту направлении, то есть прецессировать. Прецессия вызовет кориолисову силу, момент которой скомпенсирует момент внешней силы (гироскопический момент).
Гироскопический эффект вращающихся тел есть проявление коренного свойства материи — её инерционности.
Упрощённо, поведение гироскопа описывается уравнением:
где векторы 
и 
являются, соответственно, моментом силы, действующей на гироскоп, и его моментом импульса, скаляр 
— его моментом инерции, векторы 
и 
угловой скоростью и угловым ускорением.
Отсюда следует, что момент силы , приложенный перпендикулярно оси вращения гироскопа, то есть перпендикулярный , приводит к движению, перпендикулярному как , так и , то есть к явлению прецессии. Угловая скорость прецессии 
гироскопа определяется его моментом импульса и моментом приложенной силы [9] :
то есть обратно пропорциональна скорости вращения гироскопа.
Вибрационные гироскопы
Вибрационные гироскопы — устройства, сохраняющие плоскость своих колебаний при повороте основания. Этот тип гироскопов является намного более простым и дешёвым при сопоставимой точности по сравнению с роторным гироскопом. В зарубежной литературе также употребляется термин «Кориолисовы вибрационные гироскопы» — так как принцип их действия основан на эффекте действия силы Кориолиса, как и у роторных гироскопов.
Например, вибрационные гироскопы применяются в системе измерения наклона электрического самоката Сигвей. Система состоит из пяти вибрационных гироскопов, чьи данные обрабатываются двумя микропроцессорами.
Именно такой тип гироскопов используется в мобильных устройствах, в частности, в iPhone 4 и других.
Принцип работы
Два подвешенных грузика вибрируют на плоскости в MEMS гироскопе с частотой 
.
При повороте гироскопа возникает Кориолисово ускорение равное 
, где 
— скорость и 
— угловая частота поворота гироскопа. Горизонтальная скорость колеблющегося грузика получается как : 
, а положение грузика в плоскости — 
. Внеплоскостное движение 
, вызываемое поворотом гироскопа равно:
где: 
— масса колеблющегося грузика. 
— коэффициент жёсткости пружины в направлении, перпендикулярном плоскости. 
— величина поворота в плоскости перпендикулярно движению колеблющегося грузика.
Разновидности
Оптические гироскопы
где 
-разность времён прихода лучей, выпущенных в разных направлениях, 
— площадь контура, 
— угловая скорость вращения гироскопа. Так как величина очень мала, то её прямое измерение с помощью пассивных интерферометров возможно только в волоконно-оптических гироскопах с длинной волокна 500—1000 м. Во вращающемся кольцевом интерферометре лазерного гироскопа можно измерить фазовый сдвиг встречных волн, равный [12] :
где 
— длина волны.
Применение гироскопов в технике
Свойства гироскопа используются в приборах — гироскопах, основной частью которых является быстро вращающийся ротор, который имеет несколько степеней свободы (осей возможного вращения).
Чаще всего используются гироскопы, помещённые в карданов подвес. Такие гироскопы имеют 3 степени свободы, то есть он может совершать 3 независимых поворота вокруг осей АА’, BB’ и CC’, пересекающихся в центре подвеса О, который остаётся по отношению к основанию A неподвижным.
Гироскопы, у которых центр масс совпадает с центром подвеса O, называются астатическими, в противном случае — статическими гироскопами.
Для обеспечения вращения ротора гироскопа с высокой скоростью применяются специальные гиромоторы.
Для управления гироскопом и снятия с него информации используются датчики угла и датчики момента.
Системы стабилизации
Системы стабилизации бывают трех основных типов.
Для стабилизации вокруг каждой оси нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется гироскопом и двигателем разгрузки, в начале действует гироскопический момент, а потом подключается двигатель разгрузки.
Для стабилизации вокруг каждой оси нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки, но в начале появляется небольшой гироскопический момент, которым можно пренебречь.
Для стабилизации вокруг двух осей нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки.
Новые типы гироскопов
Постоянно растущие требования к точностным и эксплуатационным характеристикам гиро-приборов заставили ученых и инженеров многих стран мира не только усовершенствовать классические гироскопы с вращающимся ротором, но и искать принципиально новые идеи, позволившие решить проблему создания чувствительных датчиков для измерения и отображения параметров углового движения объекта.
В настоящее время известно более ста различных явлений и физических принципов, которые позволяют решать гироскопические задачи. В России и США выданы тысячи патентов и авторских свидетельств на соответствующие открытия и изобретения.
Поскольку прецизионные гироскопы используются в системах наведения стратегических ракет большой дальности, во время холодной войны информация об исследованиях, проводимых в этой области, классифицировалась как секретная.
Перспективным является направление развития квантовых гироскопов.
Перспективы развития гироскопического приборостроения
Сегодня созданы достаточно точные гироскопические системы, удовлетворяющие большой круг потребителей. Сокращение средств, выделяемых для военно-промышленного комплекса в бюджетах ведущих мировых стран, резко повысило интерес к гражданским применениям гироскопической техники. Например, сегодня широко распространено использование микромеханических гироскопов в системах стабилизации автомобилей или видеокамер.
По мнению сторонников таких методов навигации, как GPS и ГЛОНАСС, выдающийся прогресс в области высокоточной спутниковой навигации сделал ненужными автономные средства навигации (в пределах зоны покрытия спутниковой навигационной системы (СНС), то есть в пределах планеты). В настоящее время СНС системы по параметрам массы, габаритов и стоимости превосходят гироскопические.
В настоящее время разрабатывается система навигационных спутников третьего поколения. Она позволит определять координаты объектов на поверхности Земли с точностью до единиц сантиметров в дифференциальном режиме, при нахождении в зоне покрытия корректирующего сигнала DGPS. При этом якобы отпадает необходимость в использовании курсовых гироскопов. Например, установка на крыльях самолета двух приёмников спутниковых сигналов, позволяет получить информацию о повороте самолёта вокруг вертикальной оси.
Однако системы СНС оказываются неспособны точно определять положение в городских условиях, при плохой видимости спутников. Подобные проблемы обнаруживаются и в лесистой местности. Кроме того прохождение сигналов СНС зависит от процессов в атмосфере, препятствий и переотражений сигналов. Автономные же гироскопические приборы работают в любом месте — под землёй, под водой, в космосе.
В самолётах СНС оказывается точнее ИНС на длинных участках. Но использование двух СНС-приёмников для измерения углов наклона самолета даёт погрешности до нескольких градусов. Подсчёт курса путём определения скорости самолёта с помощью СНС также не является достаточно точным. Поэтому, в современных навигационных системах оптимальным решением является комбинация спутниковых и гироскопических систем, называемая интегрированной (комплексированной) ИНС/СНС системой.
За последние десятилетия, эволюционное развитие гироскопической техники подступило к порогу качественных изменений. Именно поэтому внимание специалистов в области гироскопии сейчас сосредоточилось на поиске нестандартных применений таких приборов. Открылись совершенно новые интересные задачи: геологоразведка, предсказание землетрясений, сверхточное измерение положений железнодорожных путей и нефтепроводов, медицинская техника и многие другие.
Использование гироскопа в смартфонах и игровых приставках
Значительное удешевление производства МЭМС-гироскопов привело к тому, что они начинают использоваться в смартфонах и игровых приставках.
Также гироскоп стал применяться в управляющих игровых контроллерах, таких как: Sixaxis для Sony PlayStation 3 и Wii MotionPlus для Nintendo Wii. В обоих перечисленных контроллерах использованы два дополняющих друг друга, пространственных сенсора: акселерометр и гироскоп. Впервые игровой контроллер, умеющий определять своё положение в пространстве, был выпущен компанией Nintendo — Wii Remote для игровой приставки Wii, но в нём используется только трёхмерный акселерометр. Трёхмерный акселерометр не способен давать точное измерение параметров вращения при высокодинамичных движениях. И именно поэтому в новейших игровых контроллерах: Sixaxis и Wii MotionPlus, кроме акселерометра, был использован дополнительный пространственный сенсор — гироскоп.
Игрушки на основе гироскопа
Самыми простыми примерами игрушек, сделанных на основе гироскопа, являются йо-йо, волчок (юла) и модели вертолетов.
Волчки отличаются от гироскопов тем, что не имеют ни одной неподвижной точки.
Кроме того, существует спортивный гироскопический тренажёр.
Что такое гироскоп и как он работает?
История создания гироскопа началась в 1817 году, когда Иоанн Боненберг изобрел подвес, рамки в котором рамки вращались в горизонтальной, вертикальной или угловой плоскостях. Далее прибор совершенствовался, и в 1852 году известным ученым-физиком Ж.Фуко был продемонстрирован гироскоп, используемый для определения положения оси Земли. Сегодня гироскоп широко применяется в самых разных приборах для ориентации в пространстве. Особенности устройства и возможности дают возможность использовать его в известных нам устройствах.
Что такое гироскоп
Законы вращения твердых тел лежат в основе создания гироскопа. Прибор позволяет стабилизировать их положение при малейшем отклонении, задействовав обратный момент вращения. Само слово произошло от двух греческих: «гирос» – что значит круг, и «скопео» – означает смотрю, то есть смотрю на вращение или круг.
Сегодня данный термин и однокоренные слова можно услышать везде. Пример – гироскутер. А квадрокоптер для взлета требует наличия минимум трех подобных приспособлений. Смартфон, планшет и популярные смарт часы также оснащены данным устройством.
Как работает гироскоп
Аналогом гироскопа можно назвать известную всем юлу или волчок. В гироскопе вращающейся частью является ротор, который подобен волчку, имеющему утолщенные края. Закрепляется ротор в подвес, рамки в подвесе осуществляют движение в трех плоскостях, называются они подвес Фесселя или карданов подвес.
Специальные датчики, называемые грузиками, реагируют на изменение положения тела в пространстве. Устройство создает гироскопический эффект с помощью обратного момента вращения, придавая телу первоначальное устойчивое положение. А благодаря современной электронике для стабилизации подключаются специальные датчики разгрузки.
Благодаря продуманности прибора и его действительно широким возможностям по стабилизации положения без него не обходится подавляющее большинство современных устройств и аппаратов. Гироскопами снабжены:
Позволяя стабилизировать положение тела в пространстве и определить угол отклонения, гироскопы делают многие приборы более функциональными и удобными в использовании.
Гироскоп в телефонах
В телефонах нет волчка в привычном понимании слова. Смартфоны включают в себя микроэлектромеханическую систему, или МЭМС, в которой имеются микромеханические и микроэлектронные компоненты. И хотя устройство гироскопа в смартфоне существенно отличается от общепринятого и более понятного, целью его остается определение собственного угла наклона относительно земной поверхности.
Преобразование механической энергии в электрическую формирует последовательность битов, или бинарный код. Именно с помощью бинарного кода осуществляется функционирование всех компьютерных систем. В небольших по размеру устройствам типа смартфона волчок в буквальном смысле отсутствует, вместо него внутрь помещены специальные подвижные массы веществ. Смещение подвижных масс веществ провоцирует изменения электрической емкости конденсаторов, что регистрируется микропроцессором.
Конденсаторы могут быть заменены пьезокристаллами, которые широко применяются в датчиках определения положения типа акселерометров. С помощью преобразования давления и скорости в электрический сигнал: он специальным образом обрабатывается микропроцессором. Акселерометры и гироскопы устанавливаются в смартфонах, эти инерционные МЭМС-датчики имеют различающиеся принципы получения информации. Для многих современных смартфонов характерно наличие обоих видов устройств.
Наличие гироскопа в мобильном телефона фиксируется в технической документации. Он представляет собой компактный чип, который можно рассмотреть, лишь разобрав прибор.
Для чего нужен гироскоп в смартфоне
Назначение гироскопа с смартфоне переоценить сложно. Ведь благодаря ему наши телефоны могут:
Существенно расширяя возможности смартфона, гироскоп делает его удобнейшим и практичным гаджетом для многофункционального применения.
Гироскоп в смарт часах
Смарт часы, или фитнес-браслет, прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Благодаря им во многом упрощаются повседневные дела, появляется дополнительная мотивация для активизации собственной жизни. Поднятие руки, на которую надеты «умные» часы, провоцирует срабатывание экрана – и именно благодаря гироскопу. А изменение положения кисти руки влечет за собой изменение положения картинки на экране смарт часов. Значит, даже во время вождения автомобиля можно безопасно читать текст с часов, который будет поворачиваться вместе с рукой.
В новых Apple Watch имеется даже особая функция распознавания критической ситуации, когда человек упал и лежит без движения: благодаря гироскопу срабатывает вызов в службу спасения!
Именно гироскоп «отвечает» за подсчет сожженных калорий при разнообразных занятиях спортом, считает шаги во время прогулки. Анализируя частоту переворотов во время сна, гироскоп в смарт часах может установить качество отдыха.
Гироскоп следует отнести к разряду устройств, которые делают многие наши дела более удобными, а также преподносить большой объем информации. Гаджеты становятся неотъемлемой частью нашего быта, наличие в них гироскопа облегчает процесс пользования.