Чем ограничено пространство в котором ось вращения гироскопа удерживает направление ?

Question

Допустим у нас имеется такой гироскоп который вращается на горизонтальной оси, пусть его ось например будет направлена перпендикулярно оси вращения земли. Что будет дальше ? До какой поры ось вращения будет удерживать направление по мере вращения планеты ?

Answer 1

Ничем не ограничено, кроме трения и времени.

Если у тебя идеальный гироскоп (без трения в подшипниках и идеально сбалансированный) , его ось будет

вечно

 сохранять направление в инерциальном пространстве (относительно далеких звезд) , независимо от того, как поворачивается Земля.

Что будет дальше в твоем примере:

Начальные условия:

 Ты раскрутил гироскоп и направил его ось

перпендикулярно

 оси вращения Земли. Допустим, строго на восток.

С точки зрения космоса:

 Ось гироскопа смотрит на одну и ту же далекую звезду.

С точки зрения наблюдателя на Земле:

 Тебе будет казаться, что гироскоп

медленно поворачивается

Через 6 часов ось будет направлена не на восток, а в зенит (вверх) .

Через 12 часов — на запад.

Через 24 часа — снова на восток.

Ограничения в реальном мире (почему это работает не вечно) :

Физически пространство для удержания направления ничем не ограничено, но технически гироскоп перестает держать направление по двум причинам:

Трение:

 В подшипниках есть трение, которое постепенно останавливает вращение ротора. Как только скорость вращения падает, гироскоп теряет свою стабильность.

Ограничители углов (карданный замок) :

 У реальных гироскопов есть рамки подвеса. Если ось вращения Земли догонит ось гироскопа так, что рамки сложатся (совпадут плоскости вращения) , наступит

карданный замок (gimbal lock)

. Гироскоп резко дернется и потеряет ориентацию.

 Если бы не трение и не карданный замок, ось вращения гироскопа удерживала бы направление бесконечно долго, пока на нее не подействует внешняя сила.

Answer 2

Прецессия будет происходить в направлении, противоположном вращению Земли. Гироскоп, ось которого перпендикулярна оси вращения Земли, будет прецессировать в восточном направлении, стремясь компенсировать вращение планеты.

Ось вращения планеты не всегда сохраняет направление по мере её вращения

. Это зависит от особенностей планеты и может быть связано с разными факторами.