Номер 1, страница 97, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Наблюдайте

Используя гироскоп, наблюдайте эффект сохранения оси вращения гироскопом.

Эффект сохранения оси вращения гироскопом, также известный как гироскопическая стабильность, является наглядной демонстрацией фундаментального закона сохранения момента импульса. Чтобы наблюдать этот эффект, необходимо выполнить следующие шаги.

1. Приведите ротор (массивный диск) гироскопа в быстрое вращение. Чем выше угловая скорость вращения, тем ярче будет проявляться эффект.

2. Установите вращающийся гироскоп на подставку или возьмите его в руки, держа за внешнюю раму (карданный подвес). Вы заметите, что ось вращения сохраняет своё направление в пространстве независимо от того, как вы перемещаете или наклоняете его опору. Ось будет как бы "зафиксирована" в пространстве, указывая на один и тот же удалённый объект.

3. Попробуйте приложить небольшое усилие, чтобы изменить направление оси вращения (например, слегка нажмите пальцем на один из её концов). Вы почувствуете сильное сопротивление. Вместо того чтобы просто наклониться в сторону вашего нажатия, ось гироскопа начнёт медленно поворачиваться (прецессировать) в направлении, перпендикулярном как оси вращения, так и направлению приложенной силы.

Это поведение объясняется тем, что любое вращающееся тело обладает моментом импульса $\vec{L}$. Это векторная величина, направленная вдоль оси вращения и равная произведению момента инерции тела $\text{I}$ на его угловую скорость $\vec{\omega}$:

$\vec{L} = I \cdot \vec{\omega}$

Закон сохранения момента импульса гласит, что если суммарный внешний момент сил, действующих на систему, равен нулю, то её момент импульса остаётся постоянным. У быстро вращающегося гироскопа момент импульса очень велик. Чтобы изменить его направление, необходимо приложить значительный момент силы $\vec{\tau}$ в течение некоторого времени, так как $\vec{\tau} = \frac{d\vec{L}}{dt}$. Именно это "нежелание" гироскопа изменять свой большой по величине и постоянный по направлению момент импульса и проявляется как его поразительная устойчивость.

Ответ: Наблюдаемый эффект заключается в том, что ось быстро вращающегося гироскопа стремится сохранить свою ориентацию в пространстве и оказывает значительное сопротивление силам, пытающимся её изменить. Это является прямым следствием закона сохранения момента импульса. При воздействии такой силы ось гироскопа не наклоняется, а начинает прецессировать.