Người ta đã dựa và các tính chất vừa khảo sát của con quay để chế tạo các bộ ổn định hóa con quay hồi chuyển, các thiết bị định hướng con quay hồi chuyển và các thiết bị chuyên dùng khác.
Hình 1-9. Bộ ổn định hóa con quay hồi chuyển trên tàu thủy
chống lắc của con tàu. Đây là một con quay hồi chuyển nặng quay quanh trục 𝐴𝐴1 (Hình 1-9), gắn vào một khung có trục quay 𝐷𝐷1 gắn vào thân tàu. Khi tàu đi trên sóng bị momen 𝑀��⃗ tác dụng, thì mô-tơ với bộ điều tiết chuyên dùng sẽ làm khung quay với vận tốc góc 𝜔2 nào đó. Kết quả là sẽ xuất hiện ngẫu lực 𝑁,𝑁′ với momen tác dụng lên các ổ bi 𝐷 và 𝐷1 để giảm độ nghiêng. Khi momen 𝑀��⃗đổi chiều, thì mô- tơ cũng đổi chiều quay của khung, ngẫu lực 𝑁,𝑁′cũng đổi chiều ngược lại.
Thí dụ khác về bộ ổn định hóa (không tác dụng trực tiếp) là thiết bị Ôbri dùng để điều chỉnh chuyển động của ngư lôi trên mặt phẳng nằm ngang. Bộ phận ổn định hóa của thiết bị này là một con quay tự do (Hình 1-10.) mà trục quay lúc phóng trùng với trục của ngư lôi hướng thẳng đến mục tiêu. Nếu ngư lôi ở một thời điểm nào đó bị lệch khỏi hướng phóng một góc bằng 𝛼 thì do trục của con quay (so với thân ngư lôi) với một góc cũng bằng 𝛼. Chuyển động quay này sẽ tác động lên bộ điều tiết làm cho bộ phận lái hoạt động. Kết quả là bánh lái sẽ quay sao cho ngư lôi trở về hướng cũ. Đây cũng chính là nguyên lý cấu tạo của nhiều thiết bị lái tự động nhằm xác định độ chệch hướng của máy bay và tác động vào bánh lái điều chỉnh.
𝑁��⃗ 𝑁′ ����⃗ 𝜔1 ����⃗ 𝜔2 �����⃗ 𝐷1 D 𝑀��⃗ 𝐴1 𝐴
Hình 1-10. Bộ ổn định hóa con quay hồi chuyển trên ngư lôi
Mục tiêu
𝛼
Cuối cùng ta hãy dùng hiệu ứng con quay để giải thích vì sao viên đạn khi lọt khỏi nòng súng mà được truyền một chuyển động quay quanh trục đối xứng của nó (bằng cách dùng nòng súng có rãnh xoắn ốc) thì khi bay, trục của viên đạn luôn luôn gần trùng với phương tiếp tuyến quỹ đạo. Nếu bỏ qua lực cản của môi trường (không khí) thì momen ngoại lực đối với khối tâm tác dụng lên viên đạn bằng không. Do đó vectơ momen động lượng 𝐿�⃗ được bảo toàn và trục của viên đạn luôn giữ một phương không đổi trong không gian (Hình 1-11).
Trong thực tế lực cản 𝐹����⃗ bao gi𝐺 ờ cũng có, điểm đặt A của nó ở về phía đầu viên đạn và chiều ngược với vận tốc 𝑣𝐺����⃗ của khối tâm 𝐺. Như vậy viên đạn quay quanh trục 𝑧 của nó (với vận tốc góc 𝜔𝑧) thì dưới tác dụng của momen cản 𝑀�����⃗𝐺 =
�𝐺𝐴�����⃗ ∧ 𝐹����⃗�𝐺 của trục 𝑧 sẽ quay quanh vectơ vận tốc 𝑣����⃗𝐺 của khối tâm, nghĩa là quay quanh đường tiếp tuyên với quỹ đạo tại 𝐺 (Hình 1-12).
𝑧 𝜔𝑧 𝑣𝐺 ����⃗ 𝐺 𝐴 𝐹𝐺 ����⃗
Hình 1-12. Chuyển động của viên đạn trong không gian (1)
Hình 1-11. Chuyển động của viên đạn trong không gian (2)
PHẦN HAI: THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ BỘ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
Hình 2-1. Bộ dụng cụ thí nghiệm
- Thước thẳng - Vật nặng - Dây quấn
- Đầu thu tín hiệu U21005 - Cổng quang - Con quay U52006
- Đồng hồ bấm giây - Thước kẹp