Физика вокруг нас. Выпуск № 29

Сегодня в номере:

Гироскопы и их применение – Волчок, своими руками – Малышам про тепло – Анекдот – Календарь (уголок коллекционера)

Гироскопы и их применение

Что же такое гироскоп? В широком смысле слова – всякое твердое тело, имеющее преимущественное вращение вокруг какой-либо оси и проявляющие связи с эти специфические свойства. В этом смысле гироскопами являются роторы турбин, винты самолетов, планеты, космические аппараты, стабилизированные вращением, и т.д. В более узком значении гироскопом называется твёрдое тело, вращающееся с большой угловой скоростью (до сотен и тысяч оборотов в секунду). Представьте себе диск диаметром 10 сантиметров и толщиной 2 сантиметра, вращающийся вокруг оси симметрии с частотой 10000 оборотов в минуту. Это основной элемент гироскоп. приборов и устройств широко применяемых в наземной и космической технике.

Какие же явления можно при этом наблюдать.

Представьте, что ось вращения направлена на вас. Если при быстром вращении этого диска вы попытаетесь резко изменить направление его оси вращения, в пространстве, то в ответ на ваше возмущения отреагирует весьма непонятным образом. Допустим вы резко попытаетесь наклонить вниз ось гироскопа, то он попытается повернуть свою ось влево от вас, если же вы наоборот пытаетесь поднять ось гироскопа вверх (резко), то он попытается повернуться вправо от вас.

Таким же образом обстоят дела при попытке повернуть ось гироскопа вправо или влево, он уходит вверх или вниз соответственно. В этом явлении заключена вся загадочность гироскопа. Конечно, физика уже давно описала все свойства гироскопа, и они широко применяются в технике. Рассмотрим некоторые применения гироскопа.

Стабилизация положения в пространстве.

Свойства гироскопа широко применяются в вертолётах, для стабилизации их равновесия. Обычно вертолёт содержит внутри себя (два- три) гироскопа для стабилизации вертикали и горизонтали. То есть с помощью гироскопа в вертолёте заглушаются различные вибрации и колебания вызванные его мощными двигателями и винтами.

Так же свойства гироскопа применяются для стабилизации горизонтали в быстроходных пограничных катерах. Когда катер развивает большую скорость и если на поверхности воды большие волны, включают мощный гироскоп, ось вращения которого совпадает с направлением движения катера и удары волн о днище катера насколько заглушаются гироскопом и не вызывают сильных подпрыгиваний катера.

Так же гироскопический эффект широко применяется при исследовании пробуренных в земле скважин. Ось гироскопа совмещается с датчиком, сигналы от которого обрабатываются на поверхности земли. На рисунке показаны изменения ровности скважины, которые и пытаются найти при помощи гироскопа.

Как видно из рисунка, корпус гироскопа наклонился по искривлению скважины,

А диск гироскопа (красный диск), остался ориентированным как раньше, когда скважина была вертикальной, и следовательно его ось перемесилась по датчику (синяя полоска), раньше была посередине датчика, теперь сдвинулась вправо.

Тем самым обнаружилось искривление скважины.

(Схема этого применения гироскопа сильно упрощена, но этого достаточно для понимания явления)

Якушев Дмитрий

Своими руками

Возможно, вас все еще пугает слово гироскоп. Но вспомните, в детстве вы неоднократно им играли. Это юла или волчок.

Волчок – простейший гироскоп.

Изготовление таких игрушек не требует особого мастерства и расходов. Вы сможете сделать несколько разных волчков с любым дизайном. Тут главное проявить свою фантазию, что с магазинной юлой затруднительно.

Для изготовления почти всех волчков вам понадобятся спички или деревянные зубочистки. Зубочистки хороши тем, что их даже не надо заострять.

Первый волчок: от пробки (из пробкового дерева) отрежьте кружок, проткните в середине спичкой. Все, игрушка готова. Она будет вертеться не только на заостренном конце спички, но и на тупом.

Второй волчок: возьмите грецкий орех, вгоните в его притупленный конец спичку, с помощью которой вы будете закручивать волчок. Орех будет вертеться на остром выступе.

Третий волчок: вам понадобятся бусинки. Вырежьте из картона кружок (можно взять пластмассовую крышку). Проткните ее в середине спичкой. К краям прикрепите на наточках бусинки. Ниточки не должны быть ни слишком короткими, ни слишком длинными. Когда волчок будет крутиться, то бусинки будут отбрасываться вдоль радиусов кружка, натягивая нити и наглядно обнаруживая действие центробежной силы.

Четвертый волчок: на мой взгляд, самый интересный. Вырезаете круг из картона, протыкаете его спичкой. Зафиксировать кружок на спичке вы можете пластилином, или пробковыми кружочками. Потом разбиваете картонный кружок на одинаковые части прямыми линиями, идущими от середины к краям. Закрасьте полученные сектора (дольки) попеременно в желтый и синий цвета. Когда юла закрутиться, то кружок будет казаться зеленым! Вы можете проделать опыт, который проделал Ньютон 200 лет назад. Раскрасьте сектора кружка в цвета радуги: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный. При вращении все семь цветов, должны слиться в серо-белый цвет. Этот опыт помогает понять, что каждый луч белого солнечного света слагается из многих цветных лучей.

Сечная Н.Ю.

Физика – малышам

Из книги Л.Л. Синорук «Физика для малышей». Тепло.

ПОЧЕМУ ВЗЛЕТАЕТ ВОЗДУШНЫЙ ШАР

Летом Леня уехал на Камчатку к папе с мамой, а Таня с Иришкой папе с мамой, а Таня с Иришкой отправились в туристский поход на Алтай. Однажды Иришка с Таней собирали камни для коллекции. Они ушли далеко от лагеря. Вдруг Иришка оступилась и подвернула ногу— не может идти дальше. Несет ее Таня на себе. Вот Иришка и говорит:

— Брось меня здесь! Доберешься до лагеря — вернешься с ребятами за мной.

— Не болтай глупости, Ирина! — отвечает Таня.— Давай лучше отдохнем и подумаем, что делать дальше.

Остановились они у горной речки, развели костер, отдыхают. А кругом тишина, горы насупились, смотрят на Иришку с Таней...

— Эх, была бы радиостанция! — говорит Иришка.

— Или почтовый голубь хотя бы,— отвечает Таня.

— Или красная ракета.

Смотрит Таня на дым, который стелется вдоль берега, и говорит:

—Ветер дует в сторону лагеря... А что, если мы запустим воздушный шар и привяжем к нему записку! Иришка покачала головой и вздохнула:

— А где взять шар?

— Шар мы склеим из папиросной бумаги, — ответила Таня и достала из рюкзака клей и пачку папиросной бумаги, которую они взяли с собой, чтобы заворачивать красивые камни для своей коллекции.

— Но ведь нам нужен газ легче воздуха, — не унималась Иришка, — ведь без этого шар не поднимется вверх?

— Обычно шары надувают водородом или гелием, эти два газа легче воздуха, вот и тянут шар кверху. Но у нас есть другой легкий газ — это горячий воздух.

— Как по-твоему, почему дым поднимается кверху?

Иришка вспомнила опыт с термометром из бутылки и говорит:

— Во-первых, все предметы при нагревании расширяются... И воздух, наверное, тоже.

— А как докажешь?

Иришка порылась в рюкзаке и достала небольшую железную трубку. Один конец трубки она обмакнула в воду так, что на нем получилась водяная пленка, а второй конец закрыла пальцем. После этого она взяла из костра горящую веточку и стала нагревать трубку. Скоро пленочка на конце трубки надулась пузырьком и лопнула. Иришка и говорит Тане:

— От нагревания воздух стал расширяться и выходить из трубки.

— Значит, от нагревания воздух расширяется, — говорит Таня, — в трубке его становится меньше, и он делается...

— Легче,—догадалась Иришка.

— Ну, а теперь за дело! — сказала Таня и принялась расправлять на траве лист папиросной бумаги.

Таня с Иришкой вырезали двенадцать полосок, похожих на листья пальмы, и стали их склеивать между собой. Медленно движется работа, Иришка и говорит:

— Мы так полдня просидим... Ничего, рано или поздно сделаем, только нужно аккуратно клеить, чтобы дырочек не было.

Доклеив шар, положила Таня его посушить, а Иришка написала записку: «Подвернула ногу в Долине Горных Духов. Ждем помощи! Ирина».

Привязали Таня с Иришкой записку к шару и подняли его над костром. Шар стал быстро наполняться горячим воздухом, и Иришка почувствовала, что он начинает рваться вверх. Это горячий воздух, который легче холодного, поднимает шар. Таня и Иришка разом отпустили шар, и он стал быстро подниматься вверх.

— Всплывает, как воздушный пузырек в воде, — воскликнула Иришка.

— Между прочим, — сказала Таня, — полеты на воздушных шарах называют воздухоплаванием.

Анекдот

На экзамене по физике преподаватель решил просмотреть конспект студента, с удивлением обнаруживает пустые страницы и естественно спрашивает почему.

— Как же, — отвечает студент — вы же говорили записывать только умные мысли.

Календарь (Уголок коллекционера)

13—19 января 2004 года

13 декабря

Родился

1864 Вильгельм ВИН (1864 — 30.8.1928), немецкий физик, нобелевский лауреат 1911 года.

События

1610 Галилео ГАЛИЛЕЙ открыл четвертый спутник Юпитера, который назвал Каллисто.

1920 В колонке редактора газеты «Нью—Йорк Таймс» была высмеяна идея пионера ракетостроения Роберта ГОДДАРДА о возможности полета на Луну с помощью ракеты

1958 Выдающийся американский ученый Лайнус ПОЛИНГ передал в ООН петицию, подписанную 9000 ученых из 43 стран, с требованием запрета ядерных испытаний

1978 НАСА отобрала первую группу из шести женщин — кандидатов на полет в составе экипажей космических челноков.

14 января

События

1969 В космос отправился советский космический корабль «Союз—4», а на следующий день — «Союз—5». Впервые пилотируемые космические корабли произвели стыковку на орбите. Также впервые был осуществлен переход космонавтов из одного корабля в другой.

1986 Первый выход в арктический рейс четвертого советского атомного ледокола «Россия».

15 января

Родился

1908 Эдвард ТЕЛЛЕР /Edward TELLER/ (1908), отец американской водородной бомбы. Один из немногих ученых—атомщиков не только участвовавший в разработке оружия массового уничтожения, но и активно отстаивающий его разработку, в частности — нейтронной бомбы.

События

1867 Для англичан морозы — явление редкое. На покрывшемся льдом пруду в лондонском Риджент—парке собралась толпа подивиться небывалому явлению природы. Тонкий лед проломился — 40 человек погибли.

Помните, что выход на покрытые льдом водоемы связан с риском для вашей жизни. Безопасным считается лед толщиной не менее 10 см, а в оттепель можно оказаться в воде и на более толстом льду.

1955 Китайское руководство приняло решение о разработке и создании собственного ядерного арсенала.

16 января

Родились

1913 Михаил Дмитриевич МИЛЛИОНЩИКОВ (1913 – 27.5.1973), физик, вице—президент АН СССР.

1917 Евгений Иванович ЗАБАБАХИН (1917 – 27.12.1984), физик, научный руководитель ядерного центра в г. Снежинск Челябинской области – Всесоюзного НИИ технической физики, академик, Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской и трех Сталинских премий.

1948 Анатолий Яковлевич СОЛОВЬЁВ (1948, Рига), космонавт. Совершил пять полетов в космос, является рекордсменом по пребыванию и работе в открытом космосе.

Событие

1963 Никита Сергеевич ХРУЩЕВ объявил о наличии у СССР 100—мегатонной водородной бомбы.

17 января

Родились

1706 Бенджамин ФРАНКЛИН /Benjamin FRANKLIN/ (1706 — 17.4.1790), автор Декларации независимости США.

1847 Николай Егорович ЖУКОВСКИЙ (1847 — 17.3.1921), «отец русской авиации», основоположник современной гидро— и аэромеханики.

В 1902 году под его руководством при механическом кабинете Московского университета была сооружена одна из первых в мире аэродинамических труб, а в 1904 г. в поселке Кучино, под Москвой, создан первый в Европе аэродинамический институт. В декабре 1918 года по предложению Жуковского Советским правительством был учрежден Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), первым руководителем которого он стал. Одновременно были основаны теоретические курсы для военных летчиков, преобразованные затем в Московский авиационный техникум. На его базе в 1920 году был создан Институт инженеров Красного воздушного флота, с мая 1922 года ставший Военно—воздушной инженерной академией им. Жуковского.

1929 Федор Васильевич БУНКИН (1929), физик, академик (1992), генеральный конструктор научно—производственного объединения «Алмаз» им. А. А. Расплетина, создатель зенитной ракетной системы нового поколения С—300П.

18 января

Родились

1829 Людвиг Валентин ЛОРЕНЦ (1829 — 9.6.1891), датский физик—теоретик, в 1867 году независимо от МАКСВЕЛЛА построивший электромагнитную теорию света.

1872 Иван Григорьевич БУБНОВ (1872 — 13.3.1919), корабельный инженер. Его теоретические работы нашли широкое применение при проектировании линейных кораблей типа «Севастополь», он же построил первую в России подводную лодку «Дельфин» с двигателями внутреннего сгорания (заложена в 1902 году), а позже знаменитую подводную лодку типа «Барс» (1912).

1880 Пауль ЭРЕНФЕСТ (1880 — 25.9.1933), голландский физик—теоретик, иностранный член АН СССР (1924). Несколько лет прожил в Петербурге (его женой была физик Т. А. АФАНАСЬЕВА), где преподавал в Политехническом институте и вел на дому теоретический семинар.

1882 Якоб КЛЕЙ (1882 — 31.5.1955), голландский физик, пионер в исследовании космических лучей.

1888 Томас Октав Мердок СОПВИЧ /Thomas SOPWITH/ (1888 — 27.1.1989),

английский авиаконструктор. В 1910 году он освоил профессию летчика и выиграл состязания на самый длинный перелет в Европу, а спустя два года основал собственную авиакомпанию. Созданные им самолеты проявили себя с лучшей стороны во время 1—й мировой войны.

1915 Борис Викторович РАУШЕНБАХ (1915 — 27.3.2001), академик—механик, Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии. Внес большой вклад в советскую космическую программу, под его руководством была создана система управления спутником, сделавшим первые снимки обратной стороны Луны.

1917 Василий Павлович МИШИН (1917 — 10.10.2001), академик, первый заместитель С. П. КОРОЛЕВА, ставший после его смерти руководителем советской космической программы (в частности, и высадки на Луну). Но «лунная гонка» оказалась проиграна американцам, новым Главным конструктором был назначен В. П. ГЛУШКО, а Мишин стал работать в МАИ, где организовал аэрокосмический факультет.

1921 Йосиро НАМБУ (1921), японский физик—теоретик.

1933 Рэй ДОЛБИ /Ray DOLBY/ (1933), американский инженер — изобретатель системы шумоподавления, позволившей существенно улучшить качество магнитофонной записи.

1933 Лев Петрович ПИТАЕВСКИЙ (1933), физик—теоретик, академик (1990), ученик Льва ЛАНДАУ.

События

1969 Астрономы Аризонского университета впервые обнаружили пульсар.

1980 Академик А. Д. САХАРОВ сослан в Горький.

19 января

Родился

1736 Джеймс УАТТ /James WATT/ (1736 — 19 или 25.8.1819), шотландский изобретатель, создавший паровой двигатель.

Событие

1915 Во время 1—й мировой войны германские дирижабли совершили первый налет на Великобританию.

При подготовке использовались материалы сайта http://citycat.ru/historycentre/

ã Сечная Н.Ю.