Может показаться, что гироскопы ведут себя очень странно, но изучение лежащей в их основе физики показывает, что они очень логично и предсказуемо реагируют на внешний мир. Ключом к пониманию гироскопов является понимание концепции углового момента. Это похоже на его линейный аналог, но с некоторыми заметными отличиями.
Линейный импульс хорошо понимает большинство людей. Движущийся объект имеет тенденцию продолжать движение с тем же направлением и скоростью, если на него не действует внешняя сила. Когда это происходит, скорость или направление меняются интуитивно.
Угловой момент аналогичен, но вектор, представляющий его направление, совмещен с осью вращения. Когда сила действует на вращающийся объект, она действует на этот вектор так же, как в линейном случае. Разница в том, что результирующее изменение импульса происходит не в направлении силы, а под прямым углом как к ней, так и к вектору импульса.
Любой вращающийся объект приобретет гироскопические характеристики, но эффект усиливается, если объект сделан с большей массой, которая сконцентрирована дальше от оси вращения. Это дает вращающемуся объекту больший угловой момент. Наиболее эффективные конструкции гироскопов используют более тяжелую и более концентрированную массу, уравновешенную относительно точки поворота с низким коэффициентом трения.
Главное качество гироскопа - его устойчивость. После того, как грио вращается, он имеет тенденцию оставаться в той же ориентации, и любая сила, применяемая для изменения ориентации оси вращения, встречает силу сопротивления. Это известно как сохранение углового момента. Точно так же, как мчащийся автомобиль имеет тенденцию продолжать свой путь, если подавляющая сила не изменит его импульс, волчок пытается продолжать вращаться с осью, ориентированной в том же направлении.
Гироскопы широко используются в качестве инструментов в инерциальных эталонных устройствах. Их можно найти в самолетах, ракетах и спутниках. Гироскопические эффекты встречаются и у более обычных объектов. Они отвечают за устойчивость движущегося велосипеда и вращающегося йо-йо.
Самая уникальная характеристика гироскопа - прецессия, которая дает устройству очевидную способность преодолевать гравитацию. Движение, которое противодействует любой силе, которая пытается перестроить ось вращения, направлено так, чтобы гироскоп оставался в вертикальном положении. Вместо того, чтобы упасть под действием силы тяжести, он поправляется, двигаясь боком.