גירוסקופ

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
ציר הגירוסקופ נשאר קבוע במרחב, בלי קשר למיקום המסגרות החיצוניות.
גירוסקופ בנקיפה

גירוסקופ או ג'יירוסקופ, נקרא לעתים ג'יירו בקיצור (באנגלית: Gyroscope, מיוונית "גירוס"="עיגול, סיבוב" ו"סקופוס"="ראייה"; השם הומצא על ידי הפיזיקאי הצרפתי לאון פוקו ב-1852) הוא מכשיר מדעי המשמש למדידה או שמירה של יציבות, תוך התבססות על עקרונות שימור התנע הזוויתי. בפיזיקה, שם זה ידוע גם כאינרציה גירוסקופית. אחד השימושים הנפוצים של מכשיר זה הוא מדידת הזווית שבין גוף הנמצא בתנועה לגוף במצב אופקי, כאשר המצב האופקי בדרך כלל הוא הקרקע של כדור הארץ.

הרכב הגירוסקופ המכני[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגירוסקופ מורכב מגלגל (רוטור) המסתובב על ציר סיבוב העובר במרכזו. הציר נשען על ציר אנכי קבוע. כאשר מקנים לגלגל מהירות זוויתית הגלגל אינו נופל אלא ממשיך להסתובב, כאשר ציר הסיבוב שלו מתחיל לנוע בעצמו ביחס לציר הקבוע.

כשציר הרוטור מסתובב, הוא מתנגד לכל שינוי בכיוון הסיבוב שלו, תכונה הנובעת מתנע זוויתי. אם מנסים לשנות את כיוון הסיבוב של הציר, הוא 'נלחם' בכך עם כוח משלו בזווית בת 90 מעלות לכוח שמופעל עליו. ההתנגדות של ציר הגירוסקופ המסתובב לשינוי בכיוון הסיבוב נקראת גם 'אינרצית הגירוסקופ'.

הרעיון שמאחורי הגירוסקופ[עריכת קוד מקור | עריכה]

על פי חוקי ניוטון, לכל מסה ישנה תכונה לשמור על מצבה הקודם. לדוגמה, אם אנו מעוניינים להזיז גוף מסוים, יש להפעיל עליו כוח ראשוני. על מנת לעצור גוף זה, יש להפעיל עליו כוח בכיוון הנגדי, כדוגמת כוח החיכוך. אם כוח שכזה לא יופעל, הגוף ימשיך לנוע עד אינסוף.

גירוסקופ הוא בעצם דיסקית המסתובבת על פני מסגרת כמעט חסרת חיכוך. הדסקית אינה משנה את כיוון הסיבוב שלה ואת זווית הסיבוב שלה ולכן על מנת לשנות את זווית הסיבוב של הדיסקית צריך להפעיל כח.

לשם המחשה, נניח כי אנו מחזיקים גירוסקופ במטוס, והמטוס סוטה בפתאומיות. על פניו, נראה כי הדיסקית אמורה לשנות את הזווית שלה יחסית לכדור הארץ, כיוון שהמטוס שינה את הזווית שלו יחסית לכדור הארץ. היות שהדיסקית המסתובבת נעה על פני מסגרת חלקה, ההתנגדות של הדיסקית לשינוי מצבה תגרום לכך שהיא תחליק על פני המסגרת. כלומר, הדיסקית נשארת תמיד באותה זווית, בעוד שהמסגרת שעוטפת את הדיסקית משנה את מצבה בהתאם לתנועת הגוף.

אם נחבר מחוגה בין הדיסקית לבין המסגרת, המחוגה תמדוד את הזווית שבה הגוף נמצא. זווית זו יכולה להיות מבוטאת בתצוגה על לוח מחוונים, או לגרום לשינוי אוטומטי בהתאם לדרישת המתכננים בכוונון תנועת משטחים כגון מדפים, כנפיים, זוויות של רקטה ועוד.

סוגי גירוסקופים מתקדמים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מלבד הגירוסקופ המכני שתואר מעלה ישנם סוגי גירוסקופים מתקדמים:

גירוסופ MEMS - חיישן גירוסקופ מסוג מכונה מיקרואלקטרית הפועל ברעיון הדומה למטוטלת פוקו המשתמש באלמנט רוטט מיקרומכני. חיישן זה מודד מהירות זוויתית ולכן יכול לחוות תופעה הנקראת סחיפה אם משתמשים בו לצורך חישוב סיבוב במרחב כתוצאה משגיאות חישוביות ורעשים באינטגרציה.

FOG - גירוסקופ סיב אופטי, חיישן זה משתמש באפקט סניאק כדי למדוד סיבוב על ידי מדידת הפרש הפאזה בין שני קרני אור הנעות בכיוונים מנוגדים על גבי סיב אופטי מלופף.

RLG - גירוסקופ טבעת לייזר, חיישן זה משתמש גם כן באפקט סניאק כדי למדוד סיבוב על ידי מדידת הפרש הפאזה, אך בין שני קרני לייזר שהתפצלו מקרן לייזר ראשית, כשקרן אחת עוברת בכיוון המנוגד לקרן השנייה בתוך טבעת לייזר.

ישומים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • בפלטפורמות נעות:
  • מד אופק - בשילוב עם מד תאוצה, משמש את הטייס לזיהוי מישור הטיסה.
  • עדשות מצלמה מודרניות - מונע רעידות בעת החשיפה לאור.
  • טלפונים חכמים ובמחשבי לוח - משמש לקביעת אוריינטציית המכשיר במרחב בעיקר במשחקים וביישומי מציאות מדומה.
  • בקרי משחק - חיישן זה משמש כרכיב מרכזי בבקרי משחק מבוססי תנועה ואף בכמה בקרים קלאסיים(החל מבקר הPlayStation 3), כך לדוגמה תוסף ה-MotionPlus לקונסולת המשחקים Wii של חברת נינטנדו, משתמש בחיישן גירוסקופ כדי להוסיף לשלט הרגיל של ה-Wii מד סיבוב, תכונה זו מאפשרת לזהות את התנועות המבוצעות בזמן אמת ולהמירן לפעולה במשחק ב-Wii. במוצרים זעירים כאלו משתמשים לרוב בגירוסקופ MEMS בשל היותם קטנים וזולים.

פעלולני אופנועים משתמשים בבסיסי הגירוסקופ על מנת, בין השאר, להרים גלגל ולהסתובב על ציר הגלגל האחר.

פעלולן אופניים משתמש בבסיסי התאוריה הגירוסקופית.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]