-
Jos olet koskaan pelannut lelun gyroskoopeilla, tiedät, että he voivat tehdä kaikenlaisia mielenkiintoisia temppuja. Ne voivat tasapainottaa merkkijono tai sormi; ne voivat vastustaa liikettä pyörimisakselin ympäri hyvin outoina; mutta mielenkiintoisin vaikutus on nimeltään prekessiota. Tämä on gyroskoopin painovoimainen osa. Seuraavassa videossa esitellään precession vaikutuksia polkupyörän pyörällä gyroksi:
Videon hämmästyttävä osa ja myös jokseenkin uskomaton kiihtyvyys on se osa, jossa gyroskooppinen polkupyörän pyörä voi jäädä ilmalle näin:
Gyroskoopin kyky "vastustaa painovoimaa" on hämmentävä!Miten se voi tehdä sen?
Tämä salaperäinen vaikutus on precessio. Yleisesti ottaen precessio toimii näin: Jos sinulla on pyörivä gyroskooppi ja yrität kiertää sen pyörimisakselia, gyroskooppi pyrkii sen sijaan pyörimään akselin ympäri kohtisuorassa voima-akselille, kuten:
Kuviossa 1 gyroskooppi pyörii akselillaan. Kuviossa 2 kohdistuu voima yrittää pyöriä pyörimisakselia. Kuviossa 3 gyroskooppi reagoi syöttövoimaan akselia vastaan kohtisuorasti syöttövoiman suhteen.Joten miksi precessio tapahtuu?
Miksi gyroskooppi näyttää tämän käyttäytymisen? Tuntuu täysin järjetöntä, että pyörän pyörän akseli voi roikkua ilmassa näin. Jos ajattelet, mitä oikein tapahtuu gyroskoopin eri osuuksille, kun se pyörii, näet kuitenkin, että tämä käyttäytyminen on täysin normaalia!
Tarkastelkaamme kaksi pientä osaa gyroskoopista, kun se pyörii - ylhäältä ja alhaalta, kuten:
Kun voima kohdistuu akseliin, gyroskoopin yläosassa oleva osa yrittää liikkua vasemmalle ja gyroskoopin alareunan osa yrittää liikkua oikealle, kuten on esitetty. Jos gyroskooppi ei pyöri, pyörä pyörii yli, kuten edellisen sivun videossa näkyy. Jos gyroskooppi pyörii, mieti, mitä tapahtuu gyroskopin kahteen osaan: Newtonin ensimmäinen liikkeen laki todetaan, että liikkuva elin liikkuu jatkuvasti vakionopeudella pitkin suoraa linjaa, ellei ole epätasapainotettu voima. Niinpä gyroskoopin kärkipiste toimii akselille kohdistetulla voimalla ja alkaa liikkua vasemmalle. Se jatkaa yrittäessään siirtyä vasemmalle Newtonin ensimmäisen liikelakien takia, mutta gyro: n pyöriminen kiertää sitä näin:
Kun nämä kaksi kohtaa pyörivät, he jatkavat liikkeitä.Tämä vaikutus on syy precession. Gyroskoopin eri osat vastaanottavat voimia yhdessä paikassa, mutta pyörivät sitten uusiin asentoihin! Kun pyroosan yläosassa oleva osa pyörii 90 astetta sivulle, se jatkaa haluavansa siirtyä vasemmalle. Sama pätee myös alareunaan - se pyörii 90 astetta sivulle ja jatkuu haluessaan siirtyä oikealle. Nämä voimat pyörivät pyörää esiohjaussuunnassa. Kun tunnistetut kohdat pyörivät vielä 90 astetta, niiden alkuperäiset ehdot peruutetaan. Niinpä gyroskoopin akseli roikkuu ilmassa ja precesses. Kun katsot sitä tällä tavoin, näet, että precessio ei ole lainkaan salaperäinen - se on täysin fysiikan lakien mukainen!
Tämän kaiken vaikutuksena on, että kun pyroskooppi pyöritetään, akseli haluaa pysyä suunnassa samaan suuntaan. Jos asennat gyroskoopin sarjaan Kardaanit jotta se voi jatkaa samaan suuntaan, se tulee. Tämä on perusta hyrräkompassi.
Jos kiinnität kaksi gyroskooppiakselia niiden akseleille suorassa kulmassa toisiinsa alustalla ja aseta alusta kiskojen joukkoon, alusta pysyy täysin jäykkänä, kun kimmobilit pyörivät millään tavalla. Tämä on tämä perusta inertiasuunnistusjärjestelmät (INS).
INS-järjestelmässä kiskojen akseleiden anturit havaitsevat, kun alusta pyörii. INS käyttää näitä signaaleja ymmärtääkseen ajoneuvon pyörimiset suhteessa alustaan. Jos lisäät alustalle kolmen herkän joukon kiihtyvyysanturit, voit kertoa tarkalleen mihin auto kulkee ja miten sen liike muuttuu kaikissa kolmessa suunnassa. Tämän tiedon avulla lentokoneen autopilotti pystyy pitämään lentokoneen radalla ja rakettien ohjausjärjestelmä voi sijoittaa raketin haluamaasi kiertorataan!
Saat lisätietoja gyroskoopista ja niiden sovelluksista tarkistamalla linkit seuraavalla sivulla!
Tiesitkö, että lentokoneet ja avaruusalukset käyttävät täysin alhaisen teknologian navigaattoria? Löydä salaisuus gyroskooppisen liikkeen takana!