CONEXIUNEA GIROCOMPASULUI

3x puncte

categorie: Fizica

nota: 9.22

nivel: Liceu

Girocompasul sau compasul giroscopic este un aparat a cărui funcționare se bazează pe principiul giroscopului și care se folosește la indicarea direcției nordului adevărat, independent de influența mag?netismului terestru.
Față de compasul magnetic, indicațiile girocompasului sunt mult mai precise, se pot transmite în mai multe locuri de pe navă și sunt influențate într-o măsură mai mică de[...]
DOWNLOAD REFERAT

Preview referat: CONEXIUNEA GIROCOMPASULUI

Girocompasul sau compasul giroscopic este un aparat a cărui funcționare se bazează pe principiul giroscopului și care se folosește la indicarea direcției nordului adevărat, independent de influența mag?netismului terestru.
Față de compasul magnetic, indicațiile girocompasului sunt mult mai precise, se pot transmite în mai multe locuri de pe navă și sunt influențate într-o măsură mai mică de mișcările navei.
În schimb, girocornpasul este un aparat complicat, susceptibil 1 avarii, necesită un personal calificat pentru întreținere și nu este uti?lizabil decât după 4--6 ore de la pornire.
Primele girocompase au fost construite la începutul secolului XX.
Apariția acestui nou aparat de navigație a fost posibilă în urma dezvoltării matematicii și mecanicii.
Teoria mișcării unui solid în jurul unui punct fix a fost pentru prima dată studiată și elaborată în anul 1765 de Leonard Euler. In anul 1852 Leon Foueaiult a demonstrat posibilitatea folosirii în acti?vitatea practică a particularităților unui tor căruia i s-a imprimat o viteză mare de rotație, în anul 1893 apare lucrarea lui A. S. Domorov, intitulată: ,,Despre giroscopul liber", în care teoria giroscopului este expusă pentru prima oară în mod amănunțit și riguros matematic.

2. Giroscopul

Elementul principal la un mare număr de aparate moderne, care
servesc în scopurile navigației este giroscopul.
Se numește giroscop corpul simetric care se rotește cu o viteză
mare în jurul axei sale de simetri și este suspendat astfel încât această axă poate ocupa orice poziție în spațiu.
Termenul de giroscop provine de la cuvintele grecești: ,,ghiuris",
care înseamnă rotație și ,,scopein" care înseamnă a urmări.
În tehnică, giroscopul reprezintă de obicei, un volan greu a cărui
masă este distribuită uniform în raport cu axa de simetrie și care se rotește cu o viteză de 6000 - 30000rot/min.
Axa în jurul căreia se rotește giroscopul se numește axa propire de
rotație sau axa principală. Această axă este perpendiculară pa planul giroscopului și trece prin centrul lui de greutate.
Pentru ca axa principală să poată lua o direcție dorită în spațiu,
giroscopul se montează într-o suspensie cardanică (fig.1).
Definirea poziției giroscopului se face în raport cu 3 axe de coordonate rectangulare (perpendiculare una pe alta: X-X, Z-Z și Y-Y), care se aleg în așa fel încât punctul lor de intersecție să coincidă cu centrul acestuia (0).


Axa X-X se consideră direcția de orientare a axei de rotație a giroscopului. Pe ea se află 2 lagăre ale inelului cardanic interior (2), în care se montează capetele axului giroscopului.
La rândul său inelul cardanic interior are 2 suporți care se montează în 2 lagăre dispuse pe inelul cardanic exterior (3). În acest fel inelul cardanic interior se poate roti în jurul axei Y-Y.
Inelul cardanic exterior are și el 2 suporți care se montează în 2 lagăre ale unui cadru vertical, având deci posibilitatea de rotire în jurul axei Z-Z.
Giroscopul din fig.1 denumit ,,giroscop de laborator", posedă 3 grade de libertate, adică 3 coordonate independente care determină poziția lui în spațiu.
Prin numărul de grade de libertate se înțelege în mecanică numărul de mărimi independente care detrmină poziția corpurilor. În cazul giroscopului, asemenea mărimi sunt unghiurile de rotație ale axului său în raport cu direcțiile celor 3 axe de coordonate: X-X, Z-Z, Y-Y. Dacă va fi exclusă posibilitatea de rotire a axului giroscopului în jurul unei din axele Y-Y sau Z-Z, atunci giroscopul va avea 2 grade de libertate, deoarece poziția lui se va determina prin 2 unghiuri de rotire în jurul a numai 2 axe.
Dacă se exclude posibilitatea rotirii în jurul axelor Y-Y și Z-Z atunci giroscopul va avea un singur grad de libertate și va deveni un corp care se va roti în jurul axei principale X-X.
Giroscopul cu 3 grade de libertate asupra căruia nu acționează nici un fel de moment ale forțelor exterioare, se numește, în mod convențional, giroscop liber.
Pentru ca giroscopul să fie liber este necesar ca el să aibă un punct de suspensie care să coincidă cu centrul său de greutate. În acest caz, momentul forțelor de gravitație va fi egal cu 0 pentru orice inerție a axelor.
Punctul de suspensie sau centrul giroscopului este chiar punctulde intersecție a celor 3 axe de coordonate.
În jurul acestui punct se execută:
- mișcarea de rotație a giroscopului în jurul axei principale, sau în jurul axei X-X,
- mișcarea axei principale în plan vertical în jurul axei Y-Y;
- mișcarea axei principale în plan orizontal în jurul axei Z-Z.

3. Proprietățile giroscopului liber

Giroscopul liber, pus în funcțiune, are 2 proporietăți: inerția și
precesia.

3.1. Inerția giroscopului liber

Dacă giroscopulului i se va imprima o mișcare de rotație cu o viteză
mare, se va observa că axul lui principal capătă ,,stabilitate", adică își va menține direcția principală în raport cu spațiul interstelar. În această situație, în timpul rotirii suportul cu suspensia cardanică într-o anumită direcție, axul principal își menține direcția principală, iar dacă se aplică o forță de deviere a axului principal de la această direcție inițială se observă că giroscopul va opune o rezistență însemnată.
Tendință giroscopului de ași păstra în mod constant poziția lui inițială
în spațiu este rezultatul acțiunii legii momentelor cantității de mișcare.
Prin definiție, în cazul giroscopului liber, momentul M al forțelor
exterioare, inclusiv momentul produs de forța de gravitație, trebuie să fie egală cu 0.
În această situație relația care exprimă legea momentelor cantității
de mișcare se notează astfel:

dH = M = U = 0
adică viteza extremității vectorului momentului cinetic este egală cu 0, deci H nu se modifică, rămânând constant ca mărime și direcție.
Acest fenomen reprezintă prima proprietate a giroscopului cunoscut sub numele de inerția giroscopului.
De reținut că această direcție invariabilă a axului giroscopului se menține față de stele și nu față de pământ, a cărui forță de rotație nu produce nici un moment al forțelor exterioare și deci nu influențează cu nimic direcția axului.



3.2. Precesia giroscopului

La un giroscop cu 3 grade de libertate se constată că, dacă este
supus acțiunii mai multor momente deviatoare, fiecare dintre ele provoacă o mișcare de deplasare a axei asupra căreia se exercită într-o direcție perpendiculară pe direcția forței care acționează asupra unui din capetele axei.
Mișcarea giroscopului datorită acțiunii momentului forței deviatoare
exterioare, care se transmite în direcție perpendiculară pe direcția în care acționează forța se numește mișcarea de precesie sau precesia giroscopului.
Pentru înțelegerea mișcării de precesie a giroscopului cu 3 grade de
libertate, al cărui rotor are o viteză unghiulară în jurul axei X-X și un moment de rotație Mr, se presupune că în punctul A al inelului cardanic interior se exercită o forță exterioară F, al cărui moment deviator Md = F.R., tinde să rotească axa principală X-X a giroscopului în jurul axei Y-Y cu o viteză unghiulară ωy. Sub acțiunea momentului deviator Md și a momentului de rotație Mr se produce mișcarea de precesie a giroscopului, adică rotirea inelului cardanic exterior în jurul axei Z-Z, cu viteza unghiulară ω. Deci, apare un cuplu care provoacă această mișcare de precesie și a cărui moment se numește momentul giroscopic (Mg).
Sensul mișcării de precesie (adică al vectorilor ω și Mg) se determină, știind că giroscopul tinde să-și rotească axa sa principală în direcția mișcării unghiului dintre vectorul momentului de rotație Mr și vectorul momentului deviator Md.


4. Transformarea giroscopului liber în giroscompas

Referitor la proprietatea pe care o are giroscopul liber de a-și
menține neschimbată în spațiu direcția axei principale, s-a arătat că, în timpul ișcării diurne a pământului, axa principală a giroscopului situat la o latitudine oarecare, execută o mișcare aparentă de rotire în jurul verticalei locului și de înclinare față de orizont. Aceste mișcări au loc ca urmare a rotirii simultane a planului orizontului în jurul meridianului și a planului meridianului în jurul verticalei locului.
Pentru determinarea vitezelor unghiulare de rotație în spațiu a planului orizontului și a planului meridianului într-un punct oarecare, se descompune vectorul vitezei unghiulare a Pământului (ωp) în două componente orientate astfel: una pe direcția meridianului (ω0) și a doua pe direcția verticalei locului (ωv) figura 3.
Considerând latitudinea geografică a locului ϕ, rezultă relațiile:
ωv = ωp cosϕ;
ω0 = ωp sinϕ.
Mărimea ω0 se numește componenta orizontală a rotației terestre și caracterizează viteza unghiulară cu care planul orizontului se rotește în jurul meridianului, iar mărimea ωv se numește componenta verticală a rotației terestre și caracterizează viteza unghiulară cu care planul meridianului se rotește în jurul verticalei locului.
DOWNLOAD REFERAT
« mai multe referate din Fizica

CAUTA REFERAT


TRIMITE REFERAT CERE REFERAT
Referatele si lucrarile oferite de E-referate.ro au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica.