Żyroskopy znaleźć można w wielu dziedzinach życia. Najbliższe nam są zapewne te znajdujące się w smartfonach i smartwatchach. To dzięki nim m.in. możesz zagrać w wiele gier, które wykorzystują ruchy urządzenia.
● Żyroskop powstał w 1852 roku.
● Żyroskopy mają szerokie zastosowanie między innymi w lotnictwie.
● Nie pomyl żyroskopu z akcelerometrem - to dwa zupełnie inne urządzenia.
Co to jest żyroskop?
Żyroskop to urządzenie służące do pomiaru lub utrzymywania orientacji przestrzennej. Działa on dzięki zasadzie zachowania momentu pędu. Pierwszy żyroskop został zbudowany w 1852 roku przez francuskiego fizyka doświadczalnego i astronoma Jeana Bernarda Léona Foucaulta.
Żeby zobaczyć efekt żyroskopowy, wystarczy pobawić się zabawkowym bąkiem. Zaraz po puszczeniu go, bąk kręci się bardzo szybko wokół własnej osi i raczej utrzymuje swoją pozycję. Kiedy go dotkniemy, bąk się nie przewraca się, tylko próbuje wrócić do swojej pozycji - zachowując równowagę. Jest to właśnie zjawisko nazywane efektem żyroskopowym. Dopóki taki bąk kręci się szybko, wygrywa z grawitacją. Kiedy zacznie zwalniać, to grawitacja zaczyna wygrywać. Właśnie wtedy oś obrotu, która przy większej prędkości była prostopadła do podłoża, odchyla się i zakreśla w przestrzeni stożek. Jest to zjawisko precesji.
Jak działa żyroskop?
Dzięki żyroskopowi kierunkowemu można obserwować obroty ciała, do którego jest przymocowany. Sam żyroskop to najczęściej dysk zawieszony w specjalnej konstrukcji, w której możliwe jest jego swobodne obracanie się względem układu odniesienia. Żyroskop elektroniczny nie ma natomiast tradycyjnych, ruchomych elementów.
Żyroskop, który jest w telefonie czy zegarku, odpowiada za precyzyjne określenie położenia twojego urządzenia. To dzięki niemu działają gry i aplikacje, w których wykorzystywany jest ruch urządzenia - przede wszystkim wychylanie telefonu na boki czy obracanie go. Zawdzięczasz mu też stabilizację obrazu podczas robienia zdjęć czy nagrywania filmów.
Zobacz też: Co trzeci nastolatek bez smartfona w ręce odczuwa niepokój. "Powielają zachowania dorosłych"
Żyroskop to najczęściej mikroskopijne płytki, które wraz ze zmianą wysokości wibrują i przekazuję informacje do czujników. A wtedy telefon wie, jak jest ułożony i jak został obrócony. Wykorzystywany jest również do obsługiwania wirtualnej rzeczywistości.
W przypadku zegarka (smartwatcha) żyroskop jest szczególnie przydatny podczas uprawiania sportu, w których ważne jest precyzyjne wskazanie położenia użytkownika - na przykład bieganiu.
Żyroskop w lotnictwie
Żyroskopy swoje zastosowanie znalazły też w lotnictwie. Jednym z takich lotniczych przyrządów żyroskopowych jest sztuczny horyzont, który umożliwia wizualne wskazanie kątów pochylenia i przechylenia na przykład samolotu (lub innego statku powietrznego) względem płaszczyzny horyzontu. Jest to szczególnie ważne podczas lotów, kiedy nie widać ziemi. Sztuczne horyzonty są powszechne w lotnictwie od lat 30. XX wieku.
Kolejne zastosowanie żyroskopy znalazły jako jeden z elementów autopilota. Automatyczny pilot to urządzenie, dzięki któremu następuje automatyczne sterowanie obiektem lub rakietami. Żyroskopy są też odpowiedzialne za kontrolę kursu torped.
Czym jest akcelerometr? Co to za urządzenie?
Podobne zastosowanie do żyroskopu ma akcelerometr. Nie jest to jednak to samo. Są ze sobą często mylone. Akcelerometr nazywany jest również przyspieszeniomierzem i jest urządzeniem mierzącym - jak sama nazwa wskazuje - przyspieszenie, któremu poddawany jest jego element czynny. Oba urządzenia świetnie się uzupełniają i często używane są razem.
Nawigacja inercyjna (INS)
Nazywana jest też nawigacją bezwładnościową. Służy ona do określania pozycji samolotu, statku kosmicznego, pocisku rakietowego czy okrętu za pomocą przyspieszeniomierzy i żyroskopów. Montowana często jest w obiektach, które nie mają innych punktów odniesienia.
Działanie systemów inercyjnych jest oparte na drugiej zasadzie dynamiki Newtona. Mówi ona, że przyspieszenie ciała jest wprost proporcjonalne do oddziałującej na to ciało siły i odwrotnie proporcjonalne do masy tego ciała.
W takiej nawigacji akcelerometry dokonują pomiaru przyspieszenia, a żyroskopy - pomiaru kątów obrotu. Na podstawie danych system podaje użytkownikowi pozycję geograficzną.
Na statkach zamiast kompasu magnetycznego używany jest często żyrokompas (kompas żyroskopowy), czyli przyrząd nawigacyjny, który wskazuje kierunek północ-południe na Ziemi.
Źródła: Zintegrowana Platforma Edukacyjna, PWN, “Prace Instytutu Geodezji i Kartografii”, Centrum Nowoczesności Młyn Wiedzy.
Bibliografia:
Co to jest żyroskop? Urządzenia żyroskopowe utrzymujące w pionie oś optyczną kamery lotniczej O puszczaniu bąków żyroskop kursowy lotniczy Podstawy nawigacji inercyjnej
Źródło: PWN
Źródło zdjęcia głównego: Shutterstock