сторон колеса, как видно на рис. 6.11: эти силы производят момент, который стремится заставить колесо вращаться. На первый взгляд кажется, что ось колеса должна отклониться влево (➙ рис. 6.11.а), на практике это происходит, если колесо не крутится. Но если колесо вращается, результат этого действия совершенно иной. Возьмем небольшой сегмент колеса, первоначально расположенный в точке А (➙ рис. 6.11.b): из-за приложенной силы этот сегмент колеса поднимется кверху по пути к точке В. Но сила, направленная вверх, продолжает действовать и за пределами точки В до самой точки С, то есть отклонение вверх будет максимальным в точке С, а не в точке В. Только после точки С действие силы меняет направление вниз, то есть сегмент опустится, достигнув самой низкой точки в А.
В конечном итоге мы видим, что ось качнулась в нашу сторону (точка С самая высокая, точка А самая низкая), а не влево. На первый взгляд такой результат кажется нелогичным, но мы видим, что понять это будет легко, когда мы представим себя на месте колеса и просто проанализируем действие этой силы.
Эффект, которого мы добились, называется гироскопическим. Он предполагает, что вращающийся объект, подверженный действию двух сил (то есть «моменту»), вращается вокруг своей оси в направлении перпендикулярном действию этих сил.
Рис. 6.11 – Вращение колеса, подверженного действию двух сил
Влияние на движение юлы
Возьмем опять пример с юлой и предположим, что она слегка наклонена относительно вертикальной оси (➙ рис. 6.12). Вес выступает моментом силы, который должен был бы, по идее, заставить ось юлы качнуться влево, пока она не упадет на землю. То есть ситуация идентична примеру с колесом, которую мы рассмотрели выше (➙ рис. 6.11). Мы можем из этого заключить, что вес стремится качнуть юлу в нашу сторону, а не вниз: другими словами, вес больше не стремится опрокинуть юлу! Напротив, наклоняясь в нашу сторону, юла начинает двигаться так, что ее ось описывает конус вокруг вертикали: такое движение называется прецессией.
Мы видим, что угол между осью юлы и вертикалью остается неизменным: если угол изначально очень маленький (юла почти вертикальна), он таким и останется. Таким образом, вертикальная юла останется вертикальной, несмотря на действие веса.
Рис. 6.12 – Явление прецессии
Момент, который совершает вес, заставляет юлу качнуться в нашу сторону из-за гироскопического эффекта. Также, если ось юлы направлена к нам, вес стремится заставить ее качнуться вправо. Таким образом, юла описывает круг по горизонтальной плоскости, благодаря чему ее ось рисует конус вокруг вертикали.
Применение гироскопического эффекта
В конечном итоге «гироскопический эффект», который объясняет устойчивость вращающейся юлы, используется в том числе в том, что мы называем гироскопами. Когда они вращаются вокруг своей оси, ось их вращения направлена в определенную сторону: благодаря гироскопическому эффекту изменить наклон