ВОЛЧОК И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ

«А ВСЕ-ТАКИ ОНА ВЕРТИТСЯ!»

Опрос о том, обращаются ли планеты и Солнце во­круг Земли или, наоборот, Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, занимал многих ученых на протяжении ряда столетий.

Спорившие основывались только на наблюдениях окружающего мира и на предположениях. Много было различных предположений, гипотез, теорий. Из них за­служивают внимания две: теория Птолемея и теория Ко­перника.

Теория Птолемея заслуживает внимания потому, что хотя она и была неверной, но долгое время являлась почти общепризнанной. Птолемей утверждал, что все светила, все планеты обращаются вокруг Земли. Земля — центр мироздания. Поэтому теорию Птолемея называли геоцентрической. Церковники поддерживали теорию Пто­лемея: ведь по библейской легенде о сотворении мира якобы бог создал все светила для того, чтобы они све­тили и обогревали Землю и живущих на ней.

В корне неверную теорию Птолемея опровергла тео­рия, созданная позднее Коперником. По его теории центр мира — Солнце. Вокруг него обращаются планеты, в том числе и наша Земля. Каждая из планет, кроме того, вращается вокруг собственной оси, направле­ние которой в пространстве практически сохраняется неизменным. Поскольку по теории Коперника центром мира является Солнце, она называется гелиоцентри­ческой.

Многие ученые, поддерживавшие теорию Коперника, подвергались гонениям, преследованиям со стороны церкви. Джордано Бруно, например, был сожжен на костре в Риме за свои якобы еретические мысли. Гали­лео Галилей почти всю жизнь подвергался преследова­ниям со стороны инквизиции. Галилею якобы принадле­жит фраза «а все-таки она вертится», сказанная им в ответ на требование инквизиторов признать ошибочность его взглядов.

Современная наука подтверждает, что Земля вра­щается вокруг своей оси со скоростью одного оборота в сутки, то есть за двадцать четыре часа. Эта, сейчас уже неоспоримая истина долгое время оставалась основан­ной лишь на умозаключениях и астрономических наблю­дениях.

Ученые издавна стремились доказать вращение Земли путем какого-либо лабораторного опыта. Первой вполне удачной попыткой такого доказательства был общеиз­вестный опыт знаменитого французского ученого Леона Фуко с маятником, осуществленный в Парижском Пан­теоне в 1851 г. Этот опыт можно наблюдать и у нас в Исаакиевском соборе в Ленинграде.

Знаменитый физик, однако, не ограничился одним опытом. В 1852 г. он докладывает Парижской Академии наук о новых опытах и демонстрирует прибор гироскоп, что означает «указатель вращения». Очевидно, Фуко имел в виду вращение Земли. Гироскоп в переводе с гре­ческого означает: гирос — круг, кольцо; скопео — наблю­даю, смотрю. Кроме этого, Л. Фуко открыл и сформули­ровал основные свойства гироскопа, которые широко используются в современной технике. В гироскопе Л. Фуко имелся своеобразный волчок — ротор, ось ко­торого могла вращаться на двух подшипниках, закреп­ленных в кольце. Это кольцо в свою очередь вращалось на подшипниках во втором, внешнем кольце. Последнее было подвешено на тонкой незакрученной нити к спе­циальной станине (рис. 19). При быстром вращении ро­тор этого гироскопа обнаруживал замечательные свой­ства: его ось сохраняла неизменным свое положение в пространстве; будучи направлена на какую-либо звезду, она как бы следила за ее перемещением, «двигалась» вместе с нею. Конечно, на самом деле перемещалась не звезда и не ось гироскопа, а Земля. Так Л. Фуко исполь­зовал замечательное свойство гироскопа как одно из до­казательств вращения Земли.

Однако в гироскопе Л. Фуко ось ротора не точно сле­довала за какой-либо звездой, поэтому нельзя было уве­ренно утверждать о бесспорной удаче опыта.

Причина неудачи крылась не в принципиальной ошибке, совершенной ученым, а в конструктивных недо­статках его гироскопа. Дело в том, что ротор приводили в действие с помощью шнура, накрученного на его ось. А это не позволяло получить достаточно большое число оборотов ротора в продолжение длительного времени. Вращение не могло быть строго равномерным из-за не­достаточной уравновешенности ротора и значительного трения в подшипниках.

Опыт Л. Фуко более успешно проделал ученый А. Феппль, устроив гироскоп с двумя электромоторами, развивающими 2400 оборотов в минуту.

В современном, широком понятии гироскопом назы­вают устройство, в котором используются своеобразные,

Так называемые «гироскопические» свойства быстро вра­щающегося ротора.

Современный гироскоп конструктивно во многом от­личается от волчка. Он состоит из ротора, опирающегося концами оси на внутреннее кольцо. Наружное кольцо, находясь в специальной опоре, может поворачиваться вокруг вертикальной оси; внутреннее кольцо покоится в наружном и свободно поворачивается вокруг горизон­тальной оси, а ротор, опирающийся своей осью на внут­реннее кольцо, может свободно вращаться вокруг оси (рис. 20).

Гироскоп, как мы видим, способен совершать движе­ние в трех направлениях. Поэтому его называют гиро­скопом с тремя степенями свободы. Если закрепить ОДНО из колец, то получится гироскоп, способный совершать движение в двух направлениях. Такое устройство назы­вают гироскопом с двумя степенями свободы.

Хотя конструктивно гироскоп отличается от обычного волчка, сходство их свойств настолько велико, что в тех­

Нике гироскоп часто называют волчком и, наоборот, вол­чок — гироскопом. Ведь гироскоп — тоже твердое тело, которое вращается вокруг оси симметрии, имеющей неподвижную точку.

Быстро вращающийся ротор гироскопа, как и волчок, обладает способностью устойчиво сохранять свое поло­жение в пространстве, «уходить» под прямым углом к действующей на него силе, совершать прецессию и т. п.

Возьмем, например, гироскоп с быстро вращающимся ротором, представленный на рис. 21. Он обнаруживает удивительные, невероятные на первый взгляд свойства.

Его ось проявляет необычную устойчивость, сохраняя свое положение, например, опираясь регулировочным штифтом о край стакана или на туго натянутый шнур.

Попытавшись свалить его, казалось бы, из неустой­чивого положения, мы потерпим неудачу. Слегка качнув­шись, гироскоп сохранит приданное ему ранее положе­ние, заметно сопротивляясь прилагаемым усилиям. Но вот ротор прекратил вращение. И как по мановению волшебной палочки, гироскоп теряет устойчивость, пре­вращается в безжизненный кусок металла.

О том, как используют замечательные свойства ги­роскопа в технике, мы сейчас и расскажем.