تبلیغات
وبلاگ هیگز
Background Color
Slider

ذره ی خدا -- بوزون هیـــگز


ژیرسکوپ


موضوعات مرتبط : مکانیک و حرکت,

 

وسیله ای كه برای اندازه گیری و مشخص كردن  جهت  بكار میره  كه بر مبنای قوانین فیزیكی ساخته شده.(حفظ اندازه حركت زاویه ای )

اساس كار ژیروسكوپ چرخش یك چرخ حول یك محوره. به طریقه زیر:

یك چرخ دوچرخه رو در نظر بگیرین. كه از وسط با یك طناب آویزونه . (یعنی سطح چرخ موازی سطح زمینه) حالا چرخ رو 90 درجه بچرخونین. بطوریكه كه موازی طنابی بشه كه به وسط چرخ بسته شده بود و به عبارتی عمود به سطح زمین بشه.

حالا توی این وضعیت چرخ رو میچرخونیم. نیروهای وارد بر چرخ عبارتند از :

  1. نیرویی كه بردارش رو میتونیم بصورت مماس بر سطح چرخ در نظر بگیریم كه باعث چرخش چرخ حول محور ژیرسكوپ میشه (محوری كه عمود به مركز چرخه )
  2. نیروی جاذبه كه باعث میشه چرخ را دوباره به صورت افقی در بیاره.

اگه ژیروسكوپ حول محورش نچرخه، یعنی اون نیروی اول را قطع كنیم ، چرخ برمیگرده به حالت اولش ( موازی سطح افق).  لذا تا زمانی كه نیرو ها قطع نشوند ژیروسكوپ به چرخش حول محورش ادامه میده. اگه یك ذره فیزیكی توضیح بدیم، طبق قانون اول نیوتن كه میگه وقتی نیرویی به جسمی وارد بشه و باعث حركت اون شه مادامی كه نیرو وجود داره جسم به حركتش ادامه میده . حالا این نیرو میخواد یكی باشه و باعث حركت مثلا افقی جسم بشه یا مثل ژیرسكوپ ما دو نوع نیرو در جهات مختلف باشه .

اگه در یك لحظه نقطه بالای چرخ رو در نظر بگیریم نیروی مماسی باعث چرخش اون میشه و نیروی جاذبه باعث حركتش به چپ میشه (دو نیروی عمود بر هم ) همین اتفاق در هم درست در نقطه مقابلش یعنی نقطه ای در پایی چرخ میفته. نیرو كه قطع نمی شه و این نقطه همینطور میچرخه برایند این دو نیرو باعث میشه كه محور ژیروسكوپ تغییر جهت بده . اینطوری تصور كنید كه این محور فرضی یك مخروط درست میكنه. این یكی از مهمترین خواص ژیروسكوپه كه presession نام داره و باعث مقاومت در برابر جاذبه میشه.

حالا اگه ما یك جوری این ژیروسكوپ را محدود كنیم كه محورش ثابت باشه بهش میگین gyro-compass  . این كار رو بوسیله gimbal  انجام میدند. gimbal  سه تا حلقه هستند كه دور فریم gyro نامیده میشوند.

ژیروسكوپ رو كه یادتونه یك چرخ با یك محور –  محور ژیروسكوپ از دو انتها به یكی از حلقه های gimbal   وصل میشه. حلقه دوم و سوم هم بطوریكه هر كدوم رد دو نقطه بهم وصلند اون یكی ها رو احاطه میكنه.

در واقع این gimbal  ها هستند كه حالا میچرخند و محور gyro ثابت میمونه.

به همین دلیل هم هست كه ژیروسكوپ یك وسیله مطمئن برای جهت یابی در هواپیماها ، كشتی ها، ایستگاههای فضایی و غیره بكار میره.

مثلا یك هواپیما یك دوجین ژیروسكوپ توی هر وسیله اش داره از قطب نما گرفته تا autopilot . و یا ایستگاه فضایی میر 11 تا ژیروسكوپ داره كه به سمت خورشید جهت گیری شده. همینطور تلسكوپ فضایی هابل. البته كاربرد ژیروسكوپ منحصر به وسایل فنی و موارد علمی نیست. حتی در اسباب بازی هم بكار میره!

یك چیز خوب هم برای ورزشكارها داره . تا حالا اسم powerball gyroscope  یا gyrotwister  رو شنیدین؟ یك توپه كه داخلش ژیروسكوپه . توی دستتون میگیرین و یك حالت دورانی بهش میدین. بعدش اونه كه دست شما رو هدایت مكنه. البته اسون نیست چون ماكزیمم سرعتش به 15000 rpm میرسه  (البته اگه مانعش نشین). این وسیله برای تقویت مچ ، ساعد، بازو  و كتفه.

التبه توجه داشته باشین كه انچه كه در ابتدا توضیح دادم base كار ژیروسكوپ بود و به مرور تغییر كرد و پیشرفته تر شد. بدیهیه كه نمیشد با دست ژیروسكوپ رو چرخوند به همین دلیل یك موتور الكتریكی روتور ژیروسكوپ رو میچرخونه ( در حد هزاران دور در دقیقه) و بعدها از بردها الكترونیكی برای فرستادن سیگنال و ... استفاده میشه. حتی ظاهرش هم الان مثل یك وسیله الكتریكیه و دیدنش هیچ حسی از اون چرخ  و gimbal   و غیره بهتون نمیده.

توجه:در روز های آینده در مورد این وسیله ی جالب و کاربرد های آن و همچنین بدست آووردن روابط مربوط به آن بیشتر بحث خواهیم کرد.

برچسپ ها