Weird Science

Efekt żyroskopowy

Czym jest?

Efekt żyro­sko­powy jest to zdol­ność do utrzy­my­wa­nia orien­ta­cji w prze­strzeni przez obra­ca­jącą się bryłę. Dzieje się tak dzięki zasa­dzie zacho­wa­nia momentu pędu. Pierw­szy raz został opi­sany przez Jeana Fou­caulta w 1852 roku.

Przy­rząd demon­stru­jący efekty żyro­sko­powe jest nazy­wany żyro­sko­pem. Ma on postać krążka, który raz wpra­wiony w szybki ruch obro­towy zacho­wuje swoje pier­wotne poło­że­nie osi obrotu. Nie­wiel­kie odchy­le­nia są powo­do­wane ruchami pre­ce­syj­nymi, które są uwzględ­niane w okre­śla­niu kie­runku lub są eli­mi­no­wane przez tłu­mie­nie.

Ilustracja

źródło: http://upload.wiki­me­dia.org/wiki­pe­dia/com­mons/d/d5/Gyro­scope_ope­ra­tion.gif, dostęp: 20.01.2012

Obra­ca­jące się ciało o ogra­ni­czo­nej swo­bo­dzie ruchu osi obrotu (na przy­kład unie­ru­cho­mione wzdłóż jed­nej z osi kar­te­zjańs­kiego układu współrzęd­nych) to bąk, żyro­skop jest też nazy­wany bąkiem swo­bod­nym.

Żyro­skopy są uży­wane do budowy żyro­kom­pa­sów, które mają sze­ro­kie zasto­so­wa­nie w nawi­ga­cji, w urządze­niach do wska­zy­wa­nia wybra­nego kie­runku uży­wa­nych w samo­lo­tach, śmi­głow­cach, stat­kach itp. Urządze­nie zbu­do­wane na tej zasa­dzie jest nazy­wane żyro­sko­pem, żyro­kom­pa­sem lub kom­pa­sem żyro­sko­po­wym. Żyro­skop mon­tuje się także w żyro­te­o­do­li­cie do wyzna­cza­nia azy­mutu geo­gra­ficz­nego.

Cie­ka­wostka: Zacho­wa­nie żyro­skopu wynika bez­po­śred­nio z zasady zacho­wa­nia momentu pędu, toteż wiele obra­ca­jących się ciał wyka­zuje wła­sno­ści żyro­sko­powe. Zali­czyć do nich można np. ciała nie­bie­skie! Każde obra­ca­jące się wokół wła­snej osi ciało nie­bie­skie wyka­zuje efekt żyro­sko­powy, a co za tym idzie, także pre­ce­sję. Dla Ziemi okres pre­ce­sji wynosi 25 920 lat.

Wyko­namy pro­ste doświad­cze­nie pre­zen­tu­jące efekt żyro­sko­powy.

Co musimy mieć?

Po pierw­sze potrze­bu­jemy żyro­skopu. Jego funk­cję może pełnić każde dobrze wywa­żone koło zama­chowe. Można użyć koła z nie­dzia­ła­jącego magne­to­fonu:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Mogli­by­śmy roz­kręcić go za pomocą wła­snych mięsni, lecz postąpimy ina­czej. Umie­ścimy go na osi mikro­sil­nika elek­trycz­nego. Potrzebny nam będzie mikro­sil­nik z osiami wysta­jącymi po obu stro­nach. Na oś z jed­nej strony wci­skamy żyro­skop po uprzed­nim usu­nięciu jego wła­snej osi:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Mikro­sil­nik łączymy ze źródłem napięcia cien­kimi, gięt­kimi prze­wo­dami. Następ­nie trzy­ma­jąc mikro­sil­nik w dłoni pod­łączamy napięcie - tar­cza żyro­skopu zacz­nie się roz­pędzać. Po osiągnięciu mak­sy­mal­nych obro­tów połóżmy deli­kat­nie żyro­skop na osi wysta­jącej po prze­ciw­nej stro­nie. Żyro­skop się nie przew­róci, nawet jeśli następ­nie go lekko popch­niemy. Sil­ni­czek utrzy­mu­jąc ciągle dużą pręd­kość tar­czy nie pozwala na przew­róce­nie się cało­ści. Efekt żyro­sko­powy jest wystar­cza­jąco silny by poko­nać siły pocho­dzące od gra­wi­ta­cji, a sta­ra­jące się przew­rócić urządze­nie.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa