Uz više od osam godina iskustva u odabiru astronomskih i znanstvenih ukrasa, osobno testira svaki projektor galaksije i Nixie sat prije preporuke.
Što je žiroskop?
Žiroskop je instrument koji se koristi za održavanje ili očuvanje orijentacije i kutne brzine objekta. Za to koristi načelo očuvanja kutnog momenta. Opremljen slobodno rotirajućim diskom, žiroskop može zauzeti bilo koju moguću orijentaciju, a da pritom zadrži svoju os rotacije konstantnom.
Naime, kada se rotirajući disk žiroskopa vrti, os rotacije instrumenta ostaje stabilna, čak i na nagnutoj površini. Kako disk dobiva na brzini, kutni moment također se povećava, čime se stabiliziraju i žiroskop i objekt u kojem je smješten.
Pretezanje
Tijekom rotacije, ako bi se na osovinu djelovalo silom, žiroskop bi se neuravnotežio. Osovina se kreće sporije, prateći konusnu putanju poznatu kao precesija. Žiroskop nastavlja rotirati, ali ne pada.
Žiroskop i kutni moment
U fizici i klasičnoj mehanici, žiroskop i kutni moment su neodvojivi. Dok se prvi odnosi na mehanizam za promatranje rotacije i kutnog položaja, potonje je vektorska veličina koja se koristi za očuvanje te iste rotacije. Saznajte sve što trebate znati o žiroskopu i kutnom momentu ovdje.
Uglovni moment
Također poznat kao kutni moment, kutni moment je vektorska veličina koja ima isti smjer i smisao kao i kutna brzina. Da bi to bio slučaj, os rotacije objekta mora biti i njegova os simetrije.
Prema Wikipediji, od materijalne točke M do točke O, kutni moment jednak je momentu impulsa u odnosu na točku O. Kada kutni moment ostaje konstantan, os rotacije ostaje stabilna. To je poznato kao očuvanje kutnog momenta ili giroskopski učinak.
Giroskopski učinak
Da biste ovaj mehanizam razumjeli na praktičnoj razini, uzmite biciklistički kotač. Držite ga na udaljenosti ispružene ruke za matice na središtu kotača. Zamolite nekoga da brzo okrene kotač. Ako pokušate nagnuti prema rotirajućem kotaču, osjetit ćete otpor. Upravo je očuvanje kutnog momenta ono što se protivi tom kretanju. To je giroskopski učinak koji održava ovaj kotač u ravnoteži. Važno je napomenuti da giroskopski učinak raste s brzinom rotacije.
Povijest žiroskopa
Prvi troosni žiroskop izumio je Léon Foucault 1852. godine. Najpoznatiji je po izumljenju Foucaultova klata. Tijekom eksperimenta koji je uključivao rotaciju Zemlje, Foucault je shvatio da se njegovo klatno rotira sporije u odnosu na rotaciju Zemlje. Ovaj je eksperiment doveo do toga da je osmislio instrument sposoban održavati brzu rotaciju dovoljno dugo. Zajedno sa svojim kolegom Formentom, stvorio je žiroskop. Također je shvatio da je ovaj novi instrument sposoban pokazivati prema sjeveru i poravnati se s meridijanom. Nazvao ga je žiroskopskom busolom.
Od kraja 19. stoljeća počinju se pojavljivati prvi motorizirani žiroskopi. Žiroskopski kompasi sada se koriste za pokazivanje istinskog sjevera, a ne magnetskog sjevera. Zamijenili su i brodske kompase. Od 20. stoljeća žiroskopski kompasi korišteni su u vojnoj opremi.
Danas se žiroskopi također koriste za održavanje stabilnosti elektroničkih uređaja. Sada se nalaze u satovima, kao i u pametnim telefonima, gdje su u obliku mikroelektromehaničkih inercijalnih sustava.
Sastavni dijelovi žiroskopa
Mehanički žiroskop u osnovi se sastoji od sljedećih komponenti:
Rotirajući disk u središtu. U središtu ovog diska nalazi se težište žiroskopa; bez toga instrument ne može funkcionirati.
Os rotacije koja prolazi kroz središte diska i usmjerena je u bilo kojem smjeru.
Tri gimbala (rotirajući nosači koji omogućuju rotaciju objekta oko jedne osi) koji omogućuju troosni žiroskop:
Prvi je pričvršćen na vratilo kugličnim ležajevima.
Drugi je pričvršćen na unutarnju osovinu
Treći je pričvršćen na vanjski okvir
Primjena žiroskopa
Žiroskop se danas koristi u nekoliko područja izvan fizike, kao i u brojnim sektorima (industrija, zrakoplovstvo, naftna industrija itd.). Koristi se u:
Usmjeravanje torpeda i projektila
– koordinaciju ili pokazivanje zavoja u zrakoplovu
Proizvodnja određenih igračaka za oslobađanje napetosti, kao što su vrteći se topići, jo-joi, vorteconi i spinneri
Stabilizacija kamere pri snimanju pokretnog objekta
– Izrada motocikala, bicikala ili dvokotačkih vozila uz održavanje ravnoteže
Izrada radio-upravljanih helikoptera, i još mnogo toga
Štoviše, ovaj se instrument također koristi u svemirskim postajama, na svemirskom teleskopu Hubble i u raznim drugim područjima rezerviranim za stručnjake za fiziku.