ژیروسکوپ چیست

[N I M A]

ژیرسکوپ - Gyroscope
اول يك توضيح خيلي ساده : يك وسيله اي كه براي اندازه گيري و مشخص كردن جهت بكار ميره كه بر مبناي قوانين فيزيكي ساخته شده.(حفظ اندازه حركت زاويه اي )
اساس كار ژيروسكوپ چرخش يك چرخ حول يك محوره. به طريقه زير:
يك چرخ دوچرخه رو در نظر بگيرين. كه از وسط با يك طناب آويزونه . (يعني سطح چرخ موازي سطح زمينه) حالا چرخ رو 90 درجه بچرخونين. بطوريكه كه موازي طنابي بشه كه به وسط چرخ بسته شده بود و به عبارتي عمود به سطح زمين بشه.
حالا توي اين وضعيت چرخ رو ميچرخونيم. نيروهاي وارد بر چرخ عبارتند از :

• نيرويي كه بردارش رو ميتونيم بصورت مماس بر سطح چرخ در نظر بگيريم كه باعث چرخش چرخ حول محور ژيرسكوپ ميشه (محوري كه عمود به مركز چرخه )
• نيروي جاذبه كه باعث ميشه چرخ را دوباره به صورت افقي در بياره.

اگه ژيروسكوپ حول محورش نچرخه، يعني اون نيروي اول را قطع كنيم ، چرخ برميگرده به حالت اولش ( موازي سطح افق). لذا تا زماني كه نيرو ها قطع نشوند ژيروسكوپ به چرخش حول محورش ادامه ميده. اگه يك ذره فيزيكي توضيح بديم، طبق قانون اول نيوتن كه ميگه وقتي نيرويي به جسمي وارد بشه و باعث حركت اون شه مادامي كه نيرو وجود داره جسم به حركتش ادامه ميده . حالا اين نيرو ميخواد يكي باشه و باعث حركت مثلا افقي جسم بشه يا مثل ژيرسكوپ ما دو نوع نيرو در جهات مختلف باشه .
اگه در يك لحظه نقطه بالاي چرخ رو در نظر بگيريم نيروي مماسي باعث چرخش اون ميشه و نيروي جاذبه باعث حركتش به چپ ميشه (دو نيروي عمود بر هم ) همين اتفاق در هم درست در نقطه مقابلش يعني نقطه اي در پايي چرخ ميفته. نيرو كه قطع نمي شه و اين نقطه همينطور ميچرخه برايند اين دو نيرو باعث ميشه كه محور ژيروسكوپ تغيير جهت بده . اينطوري تصور كنيد كه اين محور فرضي يك مخروط درست ميكنه. اين يكي از مهمترين خواص ژيروسكوپه كه presession نام داره و باعث مقاومت در برابر جاذبه ميشه.
حالا اگه ما يك جوري اين ژيروسكوپ را محدود كنيم كه محورش ثابت باشه بهش ميگين gyro-compass . اين كار رو بوسيله gimbal انجام ميدند. gimbal سه تا حلقه هستند كه دور فريم gyro ناميده ميشوند.
ژيروسكوپ رو كه يادتونه يك چرخ با يك محور – محور ژيروسكوپ از دو انتها به يكي از حلقه هاي gimbal وصل ميشه. حلقه دوم و سوم هم بطوريكه هر كدوم رد دو نقطه بهم وصلند اون يكي ها رو احاطه ميكنه.
در واقع اين gimbal ها هستند كه حالا ميچرخند و محور gyro ثابت ميمونه.
به همين دليل هم هست كه ژيروسكوپ يك وسيله مطمئن براي جهت يابي در هواپيماها ، كشتي ها، ايستگاههاي فضايي و غيره بكار ميره.
مثلا يك هواپيما يك دوجين ژيروسكوپ توي هر وسيله اش داره از قطب نما گرفته تا autopilot . و يا ايستگاه فضايي مير 11 تا ژيروسكوپ داره كه به سمت خورشيد جهت گيري شده. همينطور تلسكوپ فضايي هابل. البته كاربرد ژيروسكوپ منحصر به وسايل فني و موارد علمي نيست. حتي در اسباب بازي هم بكار ميره!
يك چيز خوب هم براي ورزشكارها داره . تا حالا اسم powerball gyroscope يا gyrotwister رو شنيدين؟ يك توپه كه داخلش ژيروسكوپه . توي دستتون ميگيرين و يك حالت دوراني بهش ميدين. بعدش اونه كه دست شما رو هدايت مكنه. البته اسون نيست چون ماكزيمم سرعتش به 15000 rpm ميرسه (البته اگه مانعش نشين). اين وسيله براي تقويت مچ ، ساعد، بازو و كتفه.
التبه توجه داشته باشين كه انچه كه در ابتدا توضيح دادم base كار ژيروسكوپ بود و به مرور تغيير كرد و پيشرفته تر شد. بديهيه كه نميشد با دست ژيروسكوپ رو چرخوند به همين دليل يك موتور الكتريكي روتور ژيروسكوپ رو ميچرخونه ( در حد هزاران دور در دقيقه) و بعدها از بردها الكترونيكي براي فرستادن سيگنال و ... استفاده ميشه. حتي ظاهرش هم الان مثل يك وسيله الكتريكيه و ديدنش هيچ حسي از اون چرخ و gimbal و غيره بهتون نميده.
من سعي كردم تا اونجا كه تونستم مطالب را ساده كنم و توضيح بدم. اميدوارم كه تونسته باشم.
تا بعد خدانگهدار