Первый закон Ньютона или закон инерции гласит:

    Все тела в пространстве, если на них не действуют внешние силы, должны двигаться прямолинейно с постоянной скоростью.

    Этот закон еще можно назвать идеальным законом инерции, а так как наш мир наполнен реальными телами, имеющими гравитационное поле, то рассматриваемые  тела реально движутся по орбитам  вокруг преобладающих гравитационных центров по законам притяжения Ньютона, то есть далеко не прямолинейно. Но это не значит, что закон инерции в реальном мире не работает, работает на все 100, только с учетом реалий.

    Для вращающихся тел (гироскопов) можно сформулировать следующий закон:

Все вращающиеся тела сохраняют неизменным положение оси вращения в пространстве, иногда добавляют - относительно звезд.

   Но это по аналогии с идеальным законом инерции можно назвать идеальным законом гироскопа (все вращающиеся тела – гироскопы), только вот в реальном мире и на гироскопы действуют гравитационные поля. Приведем очень наглядный пример. Самый главный для землян гироскоп – это Земля. Посмотрим, как ведет себя в реальном пространстве этот гироскоп. На первый взгляд может показаться, что данный гироскоп подчиняется идеальному закону, на протяжении жизни человека ось вращения Земли постоянно направлена на Полярную звезду, как бы эта ось неподвижна относительно звезд, но если взять более длительный отрезок времени, то открывается факт прецессии оси вращения  Земли в пространстве. За 26000 лет ось Земли описывает по небосклону окружность. Ось вращения этой окружности проходит через центр масс Солнца. То есть и здесь присутствует факт влияния на поведение гироскопов гравитационных сил. Естественно предположить, чем ближе гироскоп находится к поверхности Солнца, тем сильнее должно быть влияние гравитационного поля Солнца на его поведение. У нас нет возможности детально рассмотреть поведение гироскопов на поверхности Солнца, но мы можем проанализировать поведение гироскопов на поверхности Земли, где тоже действует мощное гравитационное поле.

   Первым делом отметим, если тело не находится в статическом равновесии, то и после раскрутки оно это равновесие не приобретет, ибо законы гравитации действуют на все тела статические и динамические к данному полю.

   Чтобы на поверхности Земли тело находилось в статическом равновесии, центр масс данного тела должен соединяться с центром масс Земли прямой линией, проходящей через точку опоры, только в этом случае тело может находиться в состоянии равновесия. Мы специально не заостряем внимание на том, какое это тело статическое или динамическое (вращающееся), гравитации подвержены все тела.

Таким образом:

Чтобы гироскоп вращался устойчиво на поверхности Земли, его центр масс должен соединяться с центром масс Земли прямой, проходящей через точку опоры, если это условие не соблюдается, то гироскоп должен за счет прецессии нейтрализовать влияние гравитации на ось вращающегося тела.

 Как в случае с гироскопом Земли в гравитационном поле Солнца, только скорость прецессии будет определяться конкретным взаимодействием гравитационных сил. Таким образом, мы сформулировали законы устойчивого вращения гироскопов в условиях Земли. По нашему закону получается, что на Земле устойчиво вращаться могут только тела с вертикальной осью вращения, либо тела, ось вращения которых находится в плоскости перпендикулярной к вертикали.

  Проверяем, соответствует ли наш закон действительному положению вещей. Начнем с простейшего случая:

  Юла, если она находится в вертикальном положении, вращается устойчиво, как только, под действием, неважно каких сил, юла отклоняется от вертикали, она начинает прецессировать. Дальше рассмотрим случай скатывания с горы любого колеса. Пока ось вращения колеса строго горизонтальна к поверхности Земли (само колесо соблюдает вертикальное положение), колесо катится с горы по прямой. Стоит только колесу отклониться от вертикального положения, оно начинает катиться по окружности, то есть ось колеса совершает прецессию относительно точки мысленного пересечения оси с поверхностью Земли. Все, что справедливо для отдельного колеса, справедливо и для велосипеда и для любого другого транспортного средства на двух колесах.

    По нашему закону, гироскоп имеющий три степени свободы, то есть три оси вращения, должен обязательно иметь одну строго вертикальную ось вращения, а две других ей перпендикулярные (горизонтальные). Перевести такой гироскоп в наклонное состояние не получится, ибо он тогда должен прецессировать , а конструкция данное действие совершать не позволяет. Отсюда следует и второе свойство гироскопа, сохранять неизменное положение в пространстве, только не относительно звезд, а относительно доминирующего гравитационного поля.

    Вот здесь наша теория гироскопа кардинально расходится с принятой на данный момент теорией гироскопа, которая предписывает гироскопу ориентироваться на звезды. Спрашивается, а как тогда объяснить прецессию оси вращения Земли относительно тех же звезд?

     Напрашивается аналогия с законом инерции, который распался на идеальный и реальный, так же и закон гироскопа должен распасться на два закона – идеальный, который не учитывает влияние реальных гравитационных полей, и реальный, где учтено данное влияние.

    Вопрос затронут очень принципиальный, и здесь ошибки не должно быть, ибо цена данной ошибки очень высока.

   Начнем с того, что идеальную теорию гироскопа сформулировал Фуко. И он попытался доказать справедливость своей теории через поведение маятника Фуко в земных условиях. По замыслу Фуко его маятник должен был сохранять плоскость качания маятника неподвижной относительно звезд, а относительно поверхности Земли, делающей один оборот по часовой стрелке в сутки. Такой маятник Фуко даже продемонстрировал королю и всему народу во французском Пантеоне. То, что пришлось маятник выполнить неимоверно длинным (длина подвеса 64 метра) мало кто обратил внимание.  Все удивлялись тому факту, что плоскость качания маятника действительно поворачивалась относительно Земли, при чем в нужную сторону и примерно с нужной скоростью. Кое кому впоследствии приходилось наблюдать аномалии в работе маятника Фуко, но авторитет Фуко мешал данным наблюдениям получать широкую огласку. Только спустя почти 100 лет после демонстрации маятника , другой авторитетный французский ученый лауреат Нобелевской премии Алле обнаружил аномалию в работе маятника во время солнечного затмения. Эта аномалия получила сравнительно широкую огласку, но и после этого никто не поспешил пересматривать ни теорию маятника, ни идеальную теорию гироскопа, которую тоже сформулировал Фуко. И даже после того, как в 2000 году доктор технических наук профессор Самохвалов В.Н. на коротко подвешенном маятнике Фуко детально установил в эксперименте совершенно иное поведение маятника Фуко, кардинально отличное от теории Фуко (работа представлена в списке первоисточников) никто не бросился ревизировать взгляды Фуко. В 2015 году Ерашов В.М. , не ведая о работах Самохвалова, по сути повторил главные моменты работы Самохвалова, подтвердив тем самым аномальное поведение маятника Фуко, обнаруженное Алле и Самохваловым и необходимость корректировки взглядов Фуко.

     Что касается гироскопов, то с легкой руки Фуко гироскопы впоследствии получили достаточно широкое практическое применение именно благодаря свойству гироскопа сохранять положение оси вращения неизменным относительно Земли. Гироскоп впервые был применен как гирокомпас, то есть использовалась способность гироскопа сохранять неизменным положение оси вращения относительно вдоль меридиана. Нужно отметить, что в данном случае гироскоп сохраняет положение оси вращения неизменным и относительно звезд, он ориентирован на Полярную звезду, и относительно гравитационного поля Земли , то есть по меридиану. То, что гироскоп  и по параллели сохраняет положение оси вращения неизменным  относительно Земли, а относительно звезд описывает окружность, мало кого заинтересовало, никто не стал заморачиваться данным моментом. И даже применение гироскопов в авиации в средине 20 века, как прибора следящего за горизонтом, не нашло отражение в теории гироскопа, на столько въелись в сознание догмы Фуко, хотя в данном случае ось вращения гироскопа явно оставалась неподвижной в гравитационном поле Земли и как отвес всегда была направлена к центру Земли, а относительно звезд совершала всевозможные перемещения. В рассмотренных случаях практика ушла вперед, а теория осталась на старых догмах. Пришло время устранить данное несоответствие и к идеальному закону гироскопа добавить реальный закон.

 

                             Первоисточники

 

1.       Самохвалов В.Н. «Экспериментальные исследования воздействия массодинамических полей на процесс свободных колебаний маятника».

2.       Ерашов В.М. «Открытое письмо в Российскую академию наук».

 

                21.05.2023г.