Предлагаемая вниманию читателей книга содержит возможно краткое изложение общей теории гироскопов и некоторых их приложений. Книга рассчитана на читателей, знакомых с основами высшей математики и теоретической механики в объёме втузовских программ. Все сведения из теоретической механики, необходимые для понимания дальнейшего изложения, кратко резюмированы в главе I книги. Автор надеется, что ознакомление с этой главой освободит читателя от необходимости наведения справок в курсах теоретической механики.

Предлагаемое изложение теории гироскопов представляет переработку изложения этой теории, которое было дано автором в третьей части его курса теоретической механики, изданной в 1939 г. и с того времени не переиздававшейся.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Своеобразная устойчивость волчка, которая сообщается ему быстрым вращением, хорошо всем известна. Любопытные и на первый взгляд парадоксальные явления, которые обнаруживаются при быстром вращении тел (эти явления мы называем теперь гироскопическими явлениями [Термин гироскоп (в буквальном переводе «прибор, обнаруживающий вращение») введён в науку французским физиком Фуко (1852) для обозначения построенного им прибора, основной частью которого был быстро вращающийся ротор и который впервые позволил обнаружить факт суточного вращения земли непосредственным лабораторным опытом. В настоящее время термин гироскоп применяется в более широком смысле для обозначения любого прибора, в котором используются свойства быстро вращающегося тела]), уже давно должны были привлечь к себе внимание пытливых умов. В истории механики твёрдого тела задача о свойствах быстро вращающегося волчка сыграла определённую и значительную роль.

Систематическое изложение механики твёрдого тела было дано впервые Эйлером в знаменитом его сочинении «Теория движения твёрдых тел» (1765) [Еuler. Theoria motus corporum solidorum seu rigidorum. 1765]. Здесь мы находим уже подробно развитую теорию вращающегося волчка.

Явления, связанные с вращательным движением небесных тел, проявляют себя в виде так называемых «неравенств» в движении этих тел; теория этих неравенств (предварение равноденствий, нутация земной оси, либрация луны) составляют один из важнейших разделов небесной механики. Уже в раннюю эпоху истории механики было обнаружено, что мы имеем в этих явлениях своеобразное приложение теории волчка. Вращающиеся небесные тела — не что иное, как огромные волчки или «гироскопы», обладающие всеми специфическими свойствами вращающихся тел. На этой основе теория предварения равноденствий была создана впервые Даламбером [D'Alembегt. Recherches sur la précession des équinoxes. 1749] и развита Эйлером [Euler. Theoria motus. 1765. Cap. XVI], которому принадлежит также создание теории нутации земной оси и теории либрации луны. Эти вопросы астрономии явились мощным стимулом для дальнейшего развития механики твёрдого тела в работах Лапласа, Лагранжа и др.

Уже давно было замечено, что замечательные свойства быстро вращающихся тел могут быть с пользой применены также и в различных областях технической практики. Уже в 1752 г. было высказано Серсоном [Serson. Philosophical Transactions of the R. Society of London. Vol. 47, 1752] предположение о возможности использовать вращающийся гироскоп для создания на корабле устойчивого «искусственного горизонта», могущего заменить в пасмурную погоду нужный мореплавателю для астрономических наблюдений видимый горизонт. К сожалению, первая попытка создания гироскопического навигационного прибора окончилась неудачей. Английское адмиралтейство поручило изобретателю испытать свой прибор во время плавания фрегата «Victory»; гибель корабля во время этого плавания (при этом погиб и изобретатель прибора) положила конец начатому делу.

В течение следующих ста лет попытки практического использования гироскопа не возобновлялись. Новым толчком в этом отношении явились знаменитые опыты Фуко, доложенные им Парижской Академии Наук в 1852 г. В этих опытах Фуко показал, между прочим, возможность (по крайней мере, теоретическую) построить гироскопический прибор, определяющий направление полуденной линии в данном месте. Таким образом впервые была высказана идея гироскопического компаса.

На пути осуществления идей Фуко лежали огромные технические трудности, преодолеть которые оказалось возможным лишь через полвека на рубеже нынешнего столетия. Мощное развитие техники (в частности, электротехники) сделало возможным появление в начале XX века высокосовершенных гироскопических приборов, получивших общее признание. К таким приборам нужно причислить гироскопические компасы Аншютца (1906) и Сперри (1911), получившие широкое распространение на военноморских флотах всего мира.

В настоящее время гироскопические явления приобретают всё большее значение в различных областях техники. Быстро растёт число разного рода гироскопических приборов и устройств, в которых с той или иной целью используются эти явления. Военная техника оснащена целым рядом приборов, основанных на принципах гироскопа. Технические приложения гироскопов в настоящее время столь многочисленны и разнообразны, что представляется целесообразным выделить учение об этих приложениях из общей теории гироскопов в виде особой дисциплины, которой присваивается наименование прикладной теории гироскопов.

В предлагаемой книге излагаются основы общей теории гироскопов, а также сообщаются основные сведения о главнейших их приложениях.

ВВЕДЕНИЕ

Книги на ту же тему

1. Вероятностные методы в прикладной теории гироскопов, Свешников А. А., Ривкин С. С., 1974
2. Исследование устойчивости сложных механических систем, Ишлинский А. Ю., Стороженко В. А., Темченко М. Е., 2002
3. Введение в теорию устойчивости движения, Меркин Д. Р., 1971
4. Обратные задачи динамики, Галиуллин А. С., 1981