29.4: Гіроскопи та гірокомпаси в навігації

Last updated
Save as PDF

Page ID: 75487

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Гіроскоп - це швидко обертається диск, підтримуваний таким чином, що немає зовнішнього крутного моменту, крім випадкового імпульсу, щоб підтримувати його швидкість (струмінь повітря, або магнітний). Оскільки зовнішнього крутного моменту немає, він завжди вказує однаково. Пристрій, засноване на цьому принципі і використовується в літальних апаратах, називається індикатором курсу.

Припустимо, гіроскоп встановлений обертається навколо спочатку вертикальної осі. Якщо це нічний час, це означає, що його вісь вказує на певну зірку, що знаходиться над головою в цей момент. Він буде продовжувати вказувати на цю зірку, тому, якщо ви не перебуваєте на Північному чи Південному полюсі, вісь буде рухатися від локальної вертикалі, щоб повернутися через 24 години. Оскільки напрямок осі гіроскопа фіксується в космосі, а вісь обертання Землі фіксується в просторі, кут між ними, очевидно, постійний, тому, як видно в лабораторії, скажімо, вісь гіроскопа описує конус навколо лінії, паралельної осі (лінія вказівника сонячного годинника вказує уздовж, вертикально в Північний полюс (так що гіроскоп не змінюється) вниз до горизонталі на екваторі.

Це корисно, але краще було б мати покажчик, який просто вказує на північ (або південь). Це досягається за рахунок демпфування руху гіроскопів - покласти один кінець у в'язку рідину. Потім, коли він рухається щодо свого контейнера, з'являється пара, протилежна руху. Що це робить, це переміщати його всередину, щодо його конуса руху, тобто конус стискається, тому він переходить до стійкої орієнтації, паралельної осі Землі, тобто вказує на північ (або південь).

Гірокомпас - це та ж ідея, але тепер обмежена лежати в горизонтальній площині. Цей плюс деяке демпфування змушує компас орієнтуватися якомога ближче до осі Землі в горизонтальній площині, тобто він вказує на північ, в цій півкулі.