Вступ

Традиційний гіроскоп -- пристрій, що містить швидкообертове тверде тіло, яке має три обертові ступеня вільності, тобто можливість обертання навколо трьох взаємно-перпендикулярних осей. У більш широкому сенсі гіроскоп - це любий фізичний прилад який дозволяє визначити кутову швидкість рухомого обєкту, або його кут повороту.

Вісь у тілі (роторі) гіроскопа, навколо якої гіроскопу надано швидкого обертання, називають головною віссю гіроскопа або віссю власного обертання.

Гіроскоп має три характерні властивості:

- стійкість положення головної осі в інерціальному просторі, тобто здатність ефективно опиратися зовнішнім силам, які прагнуть змінити напрямок головної осі у просторі;

- прецесії: якщо на гіроскоп діє постійний момент сил, який прагне змінити напрямок головної осі, то головна вісь набуває обертання з постійною кутовою швидкістю у площині, яка проходить через головну вісь і вісь прикладеного моменту сил;

- нутації: якщо на гіроскоп подіяв ударний імпульс сил, який прагне змістити положення головної осі, то головна вісь починає здійснювати коливання (з великою частотою і вельми малою амплітудою), описуючи у просторі конічну поверхню з вершиною у точці підвісу.

Сучасні гіроскопи основані на вимірюванні вібраційних та хвильових параметрів резонаторів різних типів (механічних, оптичних, тощо). Принципи їх дії основані на ефектах Саньнка, Фермі, Брайана (інерції стоячих хвиль у пружньому кільці та у вісесиметричних оболонках), ефекті інерціі поляризації пружніх хвиль зсуву, тощо.

Прилади, що використовують властивості гіроскопа, застосовуються в ряді галузей науки і техніки, зокрема в системах навігації літальних апаратів.

До винаходу гіроскопа людство використовувало різні методи визначення напрямку у просторі. Здавна люди орієнтувалися візуально по віддалених предметів, зокрема, за Сонцем. Вже в давнину зявилися перші прилади: схил і рівень, засновані на гравітації. У середні століття в Китаї був винайдений компас, який використовує магнетизм Землі. У Європі були створені астролябія та інші прилади, засновані на положенні зірок.

Гіроскоп, винайдений Фуко (побудував Дюмолен-Фромент, 1852). Гіроскоп винайшов Йоганн Боненбергер і опублікував опис свого винаходу в 1817 році . Проте французький математик Пуассон ще в 1813 році згадує Боненбергера як винахідника цього пристрою . Головною частиною гіроскопа Боненбергера був обертовий масивна куля в кардановому підвісі . У 1832 році американець Уолтер Р. Джонсон придумав гіроскоп з обертовим диском. Французький вчений Лаплас рекомендував цей пристрій в навчальних цілях. У 1852 році французький учений Фуко удосконалив гіроскоп і вперше використав його як прилад, що показує зміну напряму (в даному випадку - Землі), через рік після винаходу маятника Фуко, теж заснованого на збереженні обертального моменту. Саме Фуко придумав назву «гіроскоп». Фуко, як і Боненбергер, використовував карданів підвіс. Не пізніше 1853 Фессель винайшов інший варіант підвіски гіроскопа [7., ст. 202].

Перевагою гіроскопа перед більш давніми приладами є те, що він правильно працює в складних умовах (погана видимість, тряска, електромагнітні перешкоди). Однак гіроскоп швидко зупинявся через тертя.

У другій половині XIX століття було запропоновано використовувати електродвигун для розгону і підтримки руху гіроскопа. Вперше на практиці гіроскоп був застосований у 1880-х роках інженером Обрі для стабілізації курсу торпеди. У XX столітті гіроскопи стали використовуватися в літаках, ракетах і підводних човнах замість компаса або спільно з ним.