Ce este un giroscop?

CE ESTE UN GIROSCOP?

Un giroscop este un obiect sferic sau in forma de disc care se poate roti liber in orice directie, intampinand o rezistenta redusa din partea fortelor de frecare. Giroscoapele sunt folosite adesea pentru a ilustra legea de conservare a momentului cinetic sau legea inertiei de rotatie care ne invata ca un obiect aflat in miscare de rotatie in jurul unei axe va continua sa se roteasca in jurul aceleiasi axe pana cand din exterior se va interpune un vector forta care ii va schimba directia de rotatie. Giroscopul conventional care intra in compunerea sistemelor mecanice este format dintr-un rotor in forma de disc montat pe un ax de rotatie, care, la randul sau, este prins de o articulatie cardanica. Exista doua articulatii cardanice, cea interna - care sustine rotorul si axul de rotatie, si una exterioara, pe care este prinsa prima. Sistemul cardanic descris anterior este prins la randu-i de un cadru de sustinere, intregul ansamblu minimizand orice actiune exterioara asupra rotorului, astfel ca orientarea acestuia ramane fixa, indiferent de miscarea platformei pe care giroscopul este montat.

 

SCURT ISTORIC

Cel mai vechi giroscop despre care exista referinte scrise a fost construit in 1817 de catre Johann Bohnenberger. Pe atunci nu exista termenul de giroscop, astfel ca inventatorul si-a botezat creatia foarte simplu. L-a numit 'Masinaria'. Matematicianul francez Pierre-Simon Laplace i-a recomandat dispozitivul in scop didactic lui Léon Foucault, creatorul mult mai celebrului pendul. Acesta l-a folosit in 1852 in cadrul unui experiment care studia rotatia Pamantului, ocazie cu care dispozitivul si-a capatat si actualul nume, pe baza termenilor grecesti skopeein - a vedea si gyros - cerc sau rotatie.

Giroscopul lui Foucault (wikimedia.org)

 

In jurul anului 1860, motoarele electrice au transformat conceptul intr-unul fezabil, ceea ce a dus la aparitia primului prototip de girocompas; primul girocompas functional folosit in navigatia maritima a fost dezvoltat intre 1905 si 1908 de catre inventatorul german Hermann Anschütz-Kaempfe. Americanul Elmer Sperry a venit cu propriul design in 1910, iar alte natiuni au constietizat si ele foarte repede importanta militara a acestei inventii - intr-o epoca in care suprematia militara pe mari si oceane era de o importanta deosebita - creand propriile industrii de giroscoape. Compania de giroscoape Sperry s-a extins curand in domeniul giroscoapelor pentru avioane, model urmat repede si de alti dezvoltatori. In 1917, compania Chandler din  Indianapolis crea giroscopul Chandler, o jucarie produsa si astazi si devenita o jucarie clasica in S.U.A.

PAMANTUL SI TITIREZUL- DOUA EXEMPLE DE GIROSCOP

Pamantul este un minunat exemplu de giroscop. Planeta noastra se roteste in jurul propriei axe in timpul deplasarii sale in jurul Soarelui si va continua sa o faca neincetat atata timp cat nicio forta exterioara perturbatoare nu va actiona asupra sa. De asemenea, o jucarie faimoasa din copilaria noastra, titirezul, este un alt exemplu celebru de mecanism giroscopic. Antrenat intr-o miscare de rotatie, titirezul va continua sa se invarta in jurul unei axe verticale pana cand frecarea dintre varf si suprafata de contact va genera un vector forta suficient de puternic pentru a genera precesia titirezului. Precesia consta in deplasarea progresiva a axei de rotatie, care descrie un con cu varful intr-un punct fix, con care are tendinta de a se apropia de suprafata Pamantului. Miscarea de precesie a unui titirez este foarte bine sugerata de imaginea de mai jos, preluata de pe wikimedia.org:

 

 

 

In final, frecarea incetineste atat de mult titirezul incat acesta se opreste din miscarea de rotatie, atingand solul.

EXEMPLE DE MISCARE GIROSCOPICA

Pamantul in miscarea sa de rotatie, ca si titirezul, sunt doua exemple clasice de giroscop. In viata cotidiana putem observa deseori miscari de acest tip, in cazul carora legea inertiei de rotatie faciliteaza si prelungeste durata deplasarii. De pilda, o minge de rugbi este mult mai facil de aruncat daca i se imprima o miscare de rotatie pentru a se comporta asemenea unui giroscop. Atunci cand i se imprima o asemenea traiectorie, mingea isi va pastra orientarea pe toata durata aruncarii. Daca varful mingii de rugbi este putin inclinat fata de directia de rotatie, unghiul de inclinatie se va pastra pana la receptia balonului oval la destinatie. De asemenea, un glon care paraseste teava pustii descrie si el o miscare de rotatie, astfel ca dobandeste caracteristicile de miscare ale unui giroscop. Glontul "musca" din aer, mentinandu-si astfel traiectoria dorita si fiind mult mai greu de deviat din drumul sau spre tinta. Reculul, rezistenta aerului, vantul sau gravitatia actioneaza asupra glontului pe timpul deplasarii spre tinta, astfel ca inertia giroscopica de care beneficiaza in momentul in care paraseste teava pustii se poate dovedi de mare ajutor.

LA CE ESTE FOLOSIT GIROSCOPUL?

In afara miscarii balonului de rugbi, a gloantelor, titirezului sau planetei Pamant, exista si utilitati practice ale giroscoapelor. Unele dintre ele, numite girocompase, girobusole sau girodirectionale, joaca un rol foarte important in sistemele de ghidaj si de navigatie folosite la bordul avioanelor, navelor, rachetelor si proiectilelor. Girocompasul indica nordul geografic, iar legile inertiei de rotatie le fac instrumente mai de incredere decat busolele obisnuite care indica nordul magnetic si care pot da gres cand sunt plasate in preajma echipamentelor electronice. Detectand orice deviere de la un curs prestabilit, girocompasul poate chiar transmite semnale catre sistemele de navigatie, fiind uneori folosit chiar la stabilizarea navelor in ape maritime si oceanice foarte agitate, prin masurarea deviatiilor de la curs si compararea lor cu indicatia girocompasului.

CUM FOLOSESC GIROSCOAPELE SISTEMELE DE PILOT AUTOMAT?

Pilotul automat cu care sunt dotate sistemele de navigatie ale avioanelor folosesc nu unul, ci mai multe giroscoape pentru asistarea sistemelor de navigatie la determinarea directiei de mers si a celei de urmat. Un set de giroscoape orientate vertical detecteaza schimbarile de inaltime (orientarea sus-jos a nasului aparatului de zbor) sau de inclinatie a aripilor avionului de la planul orizontal de deplasare, prin crearea a ceea ce se numeste un orizont artificial. Orizontul artificial este o linie verticala la care sistemele de navigatie se raporteaza. Un alt set de giroscoape determina directia de deplasare a avionului, capul-compas in termeni aviatici. Giroscopul directional este similar girocompasului folosit pe multe aparate. Computerul care controleaza setarile pilotului automat stie sa reactioneze la indicatiile giroscoapelor, facand corectiile de curs necesare.