Żyroskop
Z Wikipedii
Żyroskop (gr. gyros - obrót, scopeo - obserwować) - urządzenie do pomiaru lub utrzymywania położenia kątowego, działające w oparciu o zasadę zachowania momentu pędu. Został wynaleziony przez francuskiego fizyka Jeana Foucaulta w 1852 roku.
Przyrząd demonstrujący efekty żyroskopowe też jest nazywany żyroskopem, ma on postać krążka, który raz wprawiony w szybki ruch obrotowy zachowuje swoje pierwotne położenie osi obrotu (z niewielkimi ruchami precesyjnymi).
Warunkiem poprawnej pracy żyroskopu jest duża prędkość obrotowa i małe tarcie w łożyskach. Ten drugi cel osiąga się łożyskując żyroskop na strumieniu sprężonego powietrza lub – jeszcze lepiej – zawieszając go w polu elektrostatycznym (lub magnetycznym) w próżni. W przykładowym rozwiązaniu technicznym żyroskop o prędkości 24 tys. obr./min wskazuje stały kierunek w przestrzeni z błędem nie większym niż 0,0001°/h, czyli 1° na 14 miesięcy.
Obracające się ciało o ograniczonej swobodzie ruchu osi obrotu to bąk, żyroskop jest też nazywany bąkiem swobodnym.
Spis treści |
[edytuj] Żyroskop kierunkowy
Żyroskop kierunkowy pozwala na obserwację obrotu działa, do którego jest przymocowany. Żyroskop jest najczęściej wykonany jako szybko wirujący sztywny obiekt (najczęściej dysk) zawieszony w odpowiedniej konstrukcji umożliwiającej jego swobodne obracanie się względem układu odniesienia (np. ciała do którego jest przymocowany). Uzyskuje się to przez zastosowanie specjalnych przegubów z osią obrotu prostopadłą do osi obrotu samego dysku żyroskopu. Pozwala to na minimalizację przenoszenia obrotów ciała na żyroskop, który dąży do utrzymywania swego pierwotnego położenia (lub częściej kierunku) w przestrzeni inercjalnej.
[edytuj] Żyroskop prędkościowy
Inna grupa żyroskopów to tak zwane żyroskopy prędkościowe. Nie utrzymują one stałego kierunku lecz wskazują prędkość kątową obiektu, na którym się znajdują. Do tej grupy zaliczamy żyroskopy mechaniczne które mają ograniczoną swobodę obrotu (zwykle w jednej z osi kartezjańskiego układu współrzędnych), żyroskopy optyczne (laserowe i światłowodowe) i wreszcie żyroskopy wykorzystujące efekt Coriolisa oddziaływający na drgający element.
[edytuj] Znaczenie i zastosowanie praktyczne
Żyroskopy są używane do budowy żyrokompasów, które mają szerokie zastosowanie w nawigacji, w urządzeniach do wskazywania wybranego kierunku używanych w samolotach, śmigłowcach, statkach itp. Urządzenie zbudowane na tej zasadzie jest nazywane żyroskopem, żyrokompasem lub kompasem żyroskopowym.
Zachowanie żyroskopu wynika bezpośrednio z zasady zachowania momentu pędu, toteż wiele obracających się ciał wykazuje własności żyroskopowe. Zaliczyć do nich można np. ciała niebieskie w tym Ziemia, pociski karabinowe wystrzelonych z broni gwintowanej, wirniki maszyn, itp.
Efekt żyroskopowy przedniego koła roweru zwiększa stabilność pojazdu i pozwala na jazdę bez trzymania kierownicy.
[edytuj] Wzory matematyczne
Podstawowe równanie opisujące zachowanie żyroskopu:
Zjawisko zmiany położenia osi wirowania żyroskopu pod wpływem działania siły zewnętrznej nazywane jest precesją. Częstość precesji określa wzór:
gdzie:
– moment siły,
– moment pędu żyroskopu,- I – moment bezwładności,
- ω – prędkość kątowa,
- α – przyspieszenie kątowe,
- t – czas,
– częstość precesji.
[edytuj] Zobacz też
- Powerball – oparty na żyroskopie przyrząd do treningu i rehabilitacji palców, stawów, mięśni dolnej i górnej partii rąk.
- Koło zamachowe
|
|