ژیروسکوپ چیست؟

اولین ژیروسکوپ یا چرخش نما در حدود سال 1810 میلادی توسط یک آلمانی به نام جی. سی. بوهمن برگر ساخته شد. در سال 1852 میلادی یک فیزیکدان فرانسوی به نام لئون فوکالت از این وسیله برای نشان دادن گردش زمین استفاده کرد و آن را ژیروسکوپ نامید.

ژیروسکوپ از دو واژه یونانی ژیروس به معنی چرخش یا دوران و اسکوپین به معنی دیدن تشکیل شده است. بنابراین ژیروسکوپ وسیله ای است که چرخش را نشان می دهد.

ژیروسکوپ بر پایه همان اصولی کار می کند که یک فرفره در حال چرخش عمل می کند. می دانیم که فرفره تا وقتی که در حال چرخش است، قائم می ماند و در برابر نیروی جاذبه مقاومت می کند. در ژیروسکوپ نیز چرخی سنگین داخل حلقه هایی به نام طوقه چنان جای گرفته است که می تواند آزادانه حول هر محوری بچرخد. کل دستگاه نیز می تواند در تمام جهات بچرخد.

طبق یک اصل فیزیکی هر جسم در حال دوران در برابر تغییر جهت محور دوران مقاومت می کند. محور دوران، خطی صاف و فرضی است که جسم در حال دوران به دور آن می چرخد. بنابراین ژیروسکوپ را می توان بدون احساس هیچ نوع مقاومتی به طرف بالا، پایین، جلو، عقب و طرفین حرکت داد. ولی لحظه ای که سعی می کنیم آن را با زاویه بچرخانیم و جهت محور دوران را تغییر دهیم، با مقاومت روبرو می شویم.

اگر ژیروسکوپ را زمانی که چرخ در حال گردش است با پایه اش بلند کنیم و در جهات مختلف حرکت دهیم، محور چرخ همواره یک جهت خاص را نشان می دهد. در واقع تمایل به یک نقطه خاص در تمامی اجسامی که به سرعت در حال گردش هستند دیده می شود.

از ژیروسکوپ به عنوان نوعی وسیله راهنما در هواپیما و کشتی ها استفاده می شود. قطب نماهای معمولی به جای قطب شمال حقیقی، قطب شمال مغناطیسی را نشان می دهند. قطب شمال مغناطیسی 1600 کیلومتر با قطب شمال حقیقی فاصله دارد. این فاصله، سال به سال و همچنین از مکانی به مکان دیگر تغییر می کند. علاوه بر این، زمانی که کشتی به قطب های شمال و جنوب مغناطیسی زمین نزدیک می شود، عقربه قطب نما انحراف زیادی پیدا می کند. ژیروسکوپ بر خلاف قطب نمای مغناطیسی تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین قرار نمی گیرد و شمال و جنوب واقعی را نشان می دهد. بنابراین در هوانوردی و کشتیرانی برای جهت یابی هم از قطب نماهای ژیروسکوپی و هم از قطب نماهای مغناطیسی استفاده می شود.

کشتی های امروزی سکان هایی دارند که با استفاده از ژیروسکوپ از منحرف شدن کشتی به چپ یا راست جلوگیری می کنند. از ژیروسکوپ در پروازهای کور و زمانی که هواپیما داخل ابر یا مه پرواز می کند نیز استفاده می شود.

در اغلب قطب نماهای ژیروسکوپی چرخ بزرگ و سنگین دستگاه توسط موتور الکتریکی می چرخد. در ژیروسکوپ های کوچکتر ممکن است برای اینکار از فشار هوا استفاده شود. چرخ ژیروسکوپ سعی می کند محورش را در یک جهت ثابت نگاه دارد، ولی گردش زمین باعث می شود که زاویه بین محور چرخ و سطح زمین تغییر کند و محور به جهت خاصی متمایل شود. در اثر این تمایل، وزن جیوه داخل یک لوله U شکل به ژیروسکوپ فشار وارد می کند و محور آن به طرف شمال و جنوب واقعی متمایل می شود.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «ژیروسکوپ چیست؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا کتاب چرا، چطور، چگونه؟، نوشته ی دکتر سونیتا گوپتا و دکتر نینا آگراوال و ترجمه پریسا همایون روز و پریچهر همایون روز از موسسه نشر و تحقیقات ذکر، منتشر شده در تیر 1393 با شابک 978-964-307-221-6 به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.