8 (495) 724-93-09

lab.texnika@ya.ru

Установка лабораторная «Гироскоп». ФМ-18м

ГИРОСКОП ФМ-18Установка лабораторная «Гироскоп ФМ-18м»

НАЗНАЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЯ

Предназначена для проведения лабораторных работ по курсу «Физика»,  раздел «Механика», в высших учебных заведениях.  Установка также может быть использована в колледжах, лицеях, техникумах, ПТУ.

Установка отвечает наиболее прогрессивному направлению в  реализации современных методов проведения лабораторных работ.

Установка обеспечивает возможность определения скорости прецессии гироскопа, измерения угловой скорости вращения маховика гироскопа, ознакомления с основными методами физических измерений, оценки достоверности полученных результатов.

Установка помогает обучаемым глубже понять основные физические закономерности и приобрести элементарные навыки проведения экспериментов.

Установка эксплуатируется в помещении при температуре от +10 градусов С до +35 градусов С, относительной влажности воздуха до 80 % при 25 градучсов С.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Диапазон регулирования частоты

вращения маховика гироскопа, с-1                                            от 10 до 120

Масса противовеса, кг                                                                  0,175 х 0,001

Электропитание фотодатчиков установки осуществляется от блока электронного ФМ 1/1М  напряжением, В                                                  5 х 1

Электропитание электродвигателя установки  осуществляется от блока электронного ФМ 1/1М

напряжением, В                                                                            30 х2

Мощность электродвигателя, ВхА,                           40

Габаритные размеры, мм, :

длина        250

ширина     210

высота     320

Масса, кг     7

 Установка обеспечивает возможность проведения ниже перечисленных экспериментов:

а) определение скорости прецессии гироскопа и измерение угловой скорости вращения маховика гироскопа;

б) определение зависимости скорости прецессии гироскопа от угловой скорости вращения маховика гироскопа и момента сил, приложенного к горизонтальной оси гироскопа.

Электропитание блока электронного ФМ 1/1М осуществляется от сети переменного тока

напряжением, В                                                                220 х 22

частотой, Гц                                                                    50 х 0,4

Средняя наработка до отказа, циклов,                   5000

Средний срок службы до списания, лет,                 5

 

Лабораторный модульный комплекс «Физические основы механики» ФМ 1

Лабораторный модульный комплекс

«Физические основы механики» ФМ

механика, фм,

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ (гироскоп фм-18)

Методические  указания

ФМ-18

ГИРОСКОП ФМ-18

                                                                                                               ГИРОСКОП ФМ-18

Цель работы  —  знакомство с гироскопическим эффектом и определение момента инерции гироскопа.

Содержание работы

Гироскопом обычно называют быстровращающееся симметричное твердое тело, ось вращения (ось симметрии) которого может изменять свое направление в пространстве.

Свойствами гироскопа обладают вращающиеся небесные тела, артиллерийские снаряды, роторы турбин, устанавливаемых на судах, винты самолетов и т. д. В современной технике гироскоп – основной элемент всевозможных гироскопических устройств или приборов, широко применяемых для автоматического управления движением самолетов, судов, торпед, ракет, для целей навигации (указатели курса, горизонта, стран света и пр.) и во многих других.

Простейшим гироскопическим прибором, который входит в качестве основной составной части в большинство гироскопических устройств, является массивный диск (ротор гироскопа), закрепленный в кольцах так называемого карданова подвеса:

Гироскоп в кардановом подвесе.

Гироскоп в кардановом подвесе.


В этом приборе имеются три оси вращения, взаимно перпендикулярные и пересекающиеся в одной точке: ось АА
1 наружного кольца подвеса, ось ВВ1 внутреннего кольца и ось СС1 ротора гироскопа (ось гироскопа). Гироскоп в кардановом подвесе.

Если общий центр тяжести подвижных частей прибора – ротора и двух колец – совпадает с точкой пересечения трех осей вращения прибора, то гироскоп сохраняет равновесие при любом положении его ротора – равновесие является безразличным.

Такой гироскоп называется уравновешенным или астатическим.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГИРОСКОПА

Если ротор уравновешенного гироскопа не вращается, то достаточно слегка ударить по прибору, чтобы его ось вышла из первоначального положения и начала поворачиваться в соответствии с направлением силы удара. Это движение будет продолжаться, пока силы трения не остановят прибор в каком-то новом равновесном положении. Если  же привести ротор гироскопа в быстрое вращение, то реакция его на действие внешних сил будет совершенно иной. Если теперь ударить по гироскопу, то его ось почти не изменит своего положения, и остановится сразу же после прекращения действия силы – ось гироскопа приобрела устойчивость, и эта устойчивость тем больше, чем больше угловая скорость вращения и момент инерции ротора. Изменится и направление движения оси: если к вращающемуся гироскопу приложить пару сил, стремящихся повернуть его около оси, перпендикулярной к оси его вращения, то он станет поворачиваться около третьей оси, перпендикулярной к первым двум. В этом и заключается так называемый гироскопический эффект.

Эти, парадоксальные на первый взгляд, свойства гироскопа могут быть поняты на основании следующего рассмотрения. Представим себе для простоты гироскоп в виде кольца KLMN, неизменно связанного с осью ОО’ (рис. 12.2) и вращающегося вокруг этой оси в направлении, указанном стрелкой.

Действие пары сил на гироскоп.

Действие пары сил на гироскоп.

При поворачивании оси ОО’  в плоскости рисунка на малый угол j, она займет положение О1О1’,  а кольцо KLMN перейдет в положение K1LM1N. При этом линейные скорости вращения всех точек кольца, кроме точек K и M, изменят свои направления. В точках K и M векторы скорости сместятся лишь параллельно самим себе: изменения для них равны нулю. Для точек L и N изменение скорости  будет наибольшим, причем для точки L вектор   будет направлен вниз, а для точки N – вверх. Для промежуточных точек кольца численные изменения скорости будут лежать в пределах от 0 до , причем для всей половины кольца KLM эти изменения направлены вниз, а для всей половины кольца MNK – вверх. Чтобы вызвать такие изменения скоростей, к оси надо приложить пару сил F и F’, лежащих в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа. Таким образом, для того, чтобы повернуть ось вращения гироскопа ОО’ вокруг направления LN, нужно приложить пару сил, стремящихся повернуть его вокруг перпендикулярного направления KM; гироскоп стремится расположить ось своего вращения таким образом, чтобы она образовывала возможно меньший угол с осью вынужденного вращения и чтобы оба вращения совершались в одном и том же направлении.

Действие пары сил на гироскоп.

Силы, приложенные к связям, удерживающим ось, равны силам F и F’, но направлены в противоположные стороны. Они носят название гироскопических сил.

Прецессия гироскопа

 Чтобы получить количественное соотношение между силами, действующими на гироскоп, и изменением положения его оси, рассмотрим движение волчка, опирающегося на горизонтальную подставку в точке О и вращающегося вокруг своей оси ОО’ с угловой скоростью w). Пусть в некоторый момент времени волчок занимает наклонное положение, как показано на рисунке, и его ось составляет с вертикалью угол j. На волчок действует пара сил FF’ с моментом M (сила тяжести и реакция опоры, трением мы пренебрегаем), стремящаяся наклонить его ось еще больше. Благодаря гироскопическому эффекту ось отклоняется в перпендикулярном направлении, в результате чего волчок не падает, а начинает вращаться вокруг вертикальной оси OZ так, что его ось описывает коническую поверхность. Такое движение называется прецессией.

Найдем связь между угловой скоростью прецессии  и моментом сил М. Момент количества движения волчка равен (12.1)
 
 

Момент количества движения волчка

где I - его момент инерции  относительно  оси  ОО’.  Вектор   направлен по оси волчка. (Равенство (12.1) не вполне точно, так как волчок участвует одновременно в двух вращательных движениях – вращении вокруг своей оси и прецессии около оси OZ. Но так как скорость прецессии невелика, ее влиянием на величину и направление вектора  можно пренебречь). Согласно правилу моментов скорость изменения момента количества движения равна моменту внешних сил, действующих на волчок:

 

За бесконечно малый промежуток времени  вектор  получает перпендикулярное себе приращение

лежащее в горизонтальной плоскости. Следовательно,.

Но  есть, очевидно, угловая скорость прецессии .(Заметим, что, так как момент сил в нашем случае – величина постоянная, то постоянной будет и угловая скорость прецессии). Подставив в последнее выражение ,  , получим:

а, учитывая векторный характер величин, можем написать. (12.2)

По этой формуле можно определить величину и направление угловой скорости прецессии, если известен момент сил, действующих на гироскоп. Из формулы (12.2) также видно, что момент сил определяет не угловое ускорение (как это было для невращающегося гироскопа), а угловую скорость прецессии. Значит, как только внешнее воздействие прекращается (), ось гироскопа останавливается. Если воздействие было кратковременным, то ось успеет повернуться только на очень малый угол. Таким образом, видно, что гироскоп приобрел устойчивость.

Схема установки

Схема установки


В нашей работе телом гироскопа служит электромотор 1 с маховиком 2, укрепленный на одном конце массивного стержня 3. На другом конце стержня имеется противовес 4, предназначенный для создания свободной уравновешенной системы относительно горизонтальной оси и получения момента внешних сил, вызывающих прецессию гироскопа. Прецессия гироскопа вызывается смещением противовеса вдоль стержня. Таким образом, момент сил, вызывающих прецессию, M равен разности моментов, создаваемых противовесом в неуравновешенном и уравновешенном состояниях, , где m – масса противовеса вместе с контргайкой,  – плечо уравновешенного, а  – плечо неуравновешенного гироскопа. Скорость вращения гироскопа и скорость прецессии определяются блоком управления.

Схема установки 

Выполнение работы

При помощи регулировочных опор основания 5 по уровню гироскопа отрегулировать положение основания.Передвигая противовес 4, добиться того, чтобы система находилась в положении равновесия. С помощью штангенциркуля измерить расстояние  от конца стержня 3 до ближайшей плоскости противовеса. Убедиться в том, что ось невращающегося гироскопа смещается по направлению действующих сил. При помощи кнопок блока управления включить электродвигатель гироскопа, установить скорость 6000 об/мин. Убедиться в отсутствии прецессии.Сместить противовес на несколько делений в любую сторону. При помощи штангенциркуля измерить расстояние от конца стержня до ближайшей плоскости противовеса l1.

Определить Dl1 по формуле: (12.3)

Включить электродвигатель и с помощью таймера блока определить время t1 поворота прецессирующего гироскопа на угол 180 градусов. Определить скорость прецессии по формуле: (12.4)Повторить измерения периода прецессии при нескольких (5-6) скоростях  вращения ротора гироскопа w. Силы трения в роторе не дают возможности получать малые скорости вращения. Кроме того, чем больше скорость вращения, тем более устойчив гироскоп. Поэтому рекомендуется проводить измерения при скоростях не меньших, чем 1500 об/мин.Выполнить пп. 3-5 при других смещениях противовеса l (3-4 значения).Определить массу противовеса путем взвешивания.Представить результаты наблюдения графически, откладывая по оси абсцисс частоту , а по оси ординат – произведение . Точки в пределах ошибок наблюдения должны лежать на прямой, параллельной оси абсцисс (для каждого значения M будет своя прямая). Из этих наблюдений определить значение момента инерции гироскопа I.

Устройство для запуска (разгона) гироскопов ФДМ 010

Устройство для разгона гироскопов ФДМ 010

Устройство для сообщения вращательное движение роторам гироскопических приборов (ФДМ 001, ФДМ 002, ФДМ 003).

ГИРОСКОП

Гироскопическая модель атома ФДМ 002

Устройство демонстрационное

Гироскопическая модель атома

ФДМ 002

ФДМ 002

 Позволяет демонстрировать эффекты, связанные с законом сохранения момента импульса; гироскопический эффект и прецессию гироскопа.

Используется с устройством ФДМ 010.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Диаметр ротора, мм 79 -0,74
Время выбега ротора при максималь-
ной частоте вращения 100 об./с, с, не менее 100
Время разгона ротора до максимальной
скорости, с, не более 30
Габаритные размеры устройства, мм, не более:
— длина 190
— ширина 180
— высота 165
Масса, кг, не более 2,5
Средняя наработка до отказа — не менее 50000 циклов.
Средний срок службы до списания- не менее 5 лет.
КОМПЛЕКТНОСТЬ

Устройство демонстрационное “Гироскопическая модель атома ФДМ 002М” — 1 шт.

Паспорт 1 экз.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Устройство состоит из опоры, ротора магнитного, скобы, стойки. (см.рисунок)
Принцип действия устройства основан на использовании гироскопического эффекта, который проявляется при взаимодействии магнитного поля, создаваемого вращающимся магнитным ротором гироскопа, и электромагнитного поля, создаваемого неподвижной катушкой Гельмгольца.
Устройство позволяет проводить демонстрации:
1) прецессии гироскопа в электромагнитном поле;
2) модели Ларморовской прецессии атома.

 

Физика ФМ-18 гироскоп

Гироскоп, ФМ-18

Установка лабораторная «Гироскоп» ФМ 18учебное оборудование

 

Лабораторные работ по курсу «Физика», раздел «Механика», в высших учебных заведениях.  

Установка гироскоп отвечает наиболее прогрессивному направлению в реализации современных методов проведения лабораторных работ.

 

Установка обеспечивает возможность определения скорости прецессии гироскопа, измерения угловой скорости вращения маховика гироскопа, ознакомления с основными методами физических измерений, оценки достоверности полученных результатов.

 

Установка гироскоп помогает обучаемым глубже понять основные физические закономерности и приобрести элементарные навыки проведения экспериментов.

 

Установка эксплуатируется в помещении при температуре от +10С до +35С, относительной влажности воздуха до 80 % при 25 С.

 

 Технические характеристики установки » ГИРОСКОП » фм-18

Масса маховика гироскопа, кг 0,3

Диапазон регулирования частоты вращения

маховика гироскопа, с -1 от 20 до 100

Масса противовеса, кг.: 0,135

Потребляемая мощность электродвигателя, В·А:30

Габаритные размеры, мм.: 250х210х320

Масса, кгю: 6

Гироскоп с тремя степенями свободы.

Гироскоп с тремя степенями свободы ТМд-05М.

ТМд-05м, ТМд05м, гироскоп

Демонстрирует основные свойства свободного гироскопа в кардановом подвесе,

регулярную прецессию, несвободного гироскопа и зависимость угловой скорости прецессии от величины дополнительного груза на подвесе.

Технические данные:

Диаметр ротора гироскопа 120 мм;

масса дополнительного груза 0,06 кг;

Габаритные размеры мм, 210х210х350;

масса кг, 4 .

 

ГИРОСКОП С ТРЕМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ ТМд-05

ГИРОСКОП С ТРЕМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ ТМд-05м

ТМд, физика

                 Гироскоп с тремя степенями свободы (тремя осями вращения), причем направления вращения на ней показаны изогнутыми стрелками. Кинетический момент представлен жирной прямой стрелкой, направленной вдоль оси собственного вращения ротора. Момент силы прикладывается нажатием пальца так, что он имеет составляющую, перпендикулярную оси собственного вращения ротора (вторую силу пары создают вертикальные полуоси, закрепленные в оправе, которая связана с основанием). Согласно законам Ньютона, такой момент силы должен создавать кинетический момент, совпадающий с ним по направлению и пропорциональный его величине. Поскольку же кинетический момент (связанный с собственным вращением ротора) фиксирован по величине (заданием постоянной угловой скорости посредством, скажем, электродвигателя), это требование законов Ньютона может быть выполнено только за счет поворота оси вращения (в сторону вектора внешнего момента силы), приводящего к увеличению проекции кинетического момента на эту ось. Этот поворот и есть прецессия, о которой говорилось ранее. Скорость прецессии возрастает с увеличением внешнего момента силы и убывает с увеличением кинетического момента ротора.

Состав:

Состоит из основания, ротора гироскопа в карданном подвесе, стойки для крепления ротора и дополнительного груза.
Используется с устройством ТМд-01 М.

Технические характеристики:

Диаметр ротора гироскопа, мм 120
Масса дополнительного груза, кг 0,06
Габаритные размеры, мм 180×180×350
Масса, кг 3
ПОИСК ПО САЙТУ
Все страницы
Вверх
Яндекс.Метрика © 2018    Компания ООО "УЧЕБНАЯ ТЕХНИКА". ИНН 7724306437 Телефон: +7 (495) 724-93-09 E-mail: Lab.texnika@yandex.ru 115573 г. Москва, ул. Ореховый бульвар дом 22а,   //    Войти
Paste your AdWords Remarketing code here