جنرال لواء

ما هي الجيروسكوبات وكيف تعمل وأهميتها

ما هي الجيروسكوبات وكيف تعمل وأهميتها



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الجيروسكوبات رائعة حقًا. للوهلة الأولى ، إنها أجسام غريبة جدًا ، تتحرك بطرق غريبة ويبدو أيضًا أنها "تتحدى" الجاذبية نفسها. جعلت الخصائص الخاصة جدًا لهذه الأجهزة من التنقل بين أشياء أخرى لا تقدر بثمن.

الجيروسكوبات موجودة في كل مكان في عالمنا الحديث. ستجدهم في الطائرات والمحطات الفضائية وأي شيء يدور.

وهم رائعون.

غالبًا ما تحتوي الطائرة النموذجية على مجموعة كاملة منها ، بما في ذلك البوصلة بالغة الأهمية. محطة مير الفضائية المستخدمة بالفعل 11 منها لإبقائها موجهة بالنسبة للشمس ، بالإضافة إلى أن تلسكوب هابل يحتوي على مجموعة منها أيضًا.

ذات صلة: أصغر جيروسكوب بصري في العالم أصبح الآن أصغر من حبة أرز

هنا ، سنلقي نظرة سريعة على هذه الأجهزة الخاصة وأهميتها لعالمنا الحديث.

ما هو تعريف الجيروسكوب؟

وفقًا لقاموس أكسفورد الإنجليزي ، فإن الجيروسكوب هو "جهاز يتكون من عجلة أو قرص مركب بحيث يمكنه الدوران بسرعة حول محور يكون هو نفسه حرًا في تغيير الاتجاه. ولا يتأثر اتجاه المحور بإمالة التركيب ".

على الرغم من أن هذا التعريف رائع ، إلا أنه لا يشرح حقًا كيفية عملها أو سبب أهميتها (لقد تم تقصير التعريف قليلاً). أولاً ، دعونا نلقي نظرة على "سلوكهم الغريب".

الحيل للتجارة

الجيروسكوبات ، في أبسط أشكالها ، هي عبارة عن عجلة / قرص دوار على محور. سيتم أيضًا تركيب أمثلة أكثر تعقيدًا على إطار معدني ، أو مجموعة من الإطارات المتحركة أو الثابتة أو المحاور لزيادة دقة الجهاز.

على الرغم من أنها تبدو وكأنها أشياء بسيطة على السطح ، إلا أنها يمكن أن تؤدي بعض الحيل الغريبة جدًا بالفعل.

عندما لا تدور العجلة ، فإن الجيروسكوبات تكون ذات وزن مفرط في هندسة الورق. إذا حاولت الوقوف ، فسوف تسقط ببساطة ، من الواضح.

لكننا اعتقدنا أنها يمكن أن تتحدى الجاذبية؟ انتظر ، اجعل تلك العجلة تدور وشاهد السحر يحدث.

ربما لعبت مع الجيروسكوبات عندما كنت طفلاً؟ ربما لديك تململ سبينر؟ إذا كان الأمر كذلك ، فستتذكر كيف يمكنهم أداء الكثير من الحيل الشيقة. يمكنك موازنة أحدهما على خيط أو بإصبعك أثناء الحركة ، على سبيل المثال.

خاصية أخرى ملحوظة لهم ، إذا كنت قد احتفظت بها من قبل ، هي أنها ستحاول مقاومة محاولات تغيير موقعها.

يمكنك حتى إمالته بزاوية عند تعليقه من الحامل ، وسيظهر أنه يرتفع ، وإن كان أثناء الدوران حول الحامل. والأكثر إثارة للإعجاب أنه يمكنك رفع جيروسكوب بقطعة من الخيط حول أحد طرفيه.

كيف تعمل الجيروسكوبات؟

تفسير هذه الظاهرة صعب الفهم بشكل حدسي. قدرتها على تحدي الجاذبية على ما يبدو هي نتاج الزخم الزاوي ، الذي يتأثر بعزم الدوران على قرص ، مثل الجاذبية ، لإنتاج حركة جيروسكوبية من قرص الغزل أو العجلة.

تُعرف هذه الظاهرة أيضًا بالحركة الجيروسكوبية أو القوة الجيروسكوبية ، وقد أثبتت أنها مفيدة جدًا لنا نحن البشر. تشير هذه المصطلحات إلى ميل جسم دوار ، وليس مجرد جيروسكوب ، للحفاظ على اتجاه دورانه.

على هذا النحو ، فإن الجسم الدوار يمتلك زخمًا زاويًا ، كما ذكر سابقًا ، ويجب الحفاظ عليه. لهذا السبب ، يميل الكائن الدوار إلى مقاومة أي تغيير في محور دورانه ، لأن التغيير في الاتجاه سيؤدي إلى تغيير في الزخم الزاوي.

مثال رائع آخر على الاستباقية يحدث مع كوكب الأرض أيضًا. كما تعلم ، يقع محور دوران الأرض في الواقع بزاوية من المحور الرأسي الذي ، بسبب زاويته ، يتتبع دائرة بينما يدور محور الدوران نفسه.

على الرغم من عدم ارتباطه تمامًا بهذه المقالة ، إلا أن سبب الميل الغريب للأرض مثير جدًا للاهتمام.

يتم تعزيز هذا التأثير كلما زادت سرعة دوران القرص أو العجلة ، كما يتنبأ قانون نيوتن الثاني. يبدو هذا واضحًا جدًا لأي شخص لديه معرفة أساسية بالفيزياء.

السبب الرئيسي في أنها تتحدى الجاذبية هو عزم الدوران الفعال المطبق على قرص الغزل على متجه الزخم الزاوي. يؤدي تأثير الجاذبية على مستوى القرص الدوار إلى "انحراف" محور الدوران.

ينتج عن هذا أن محور الدوران بأكمله يجد "أرضية وسط" بين تأثير الجاذبية ومتجه الزخم الزاوي الخاص بها. الآن ، تذكر أن جهاز الجيروسكوب قد تم إيقافه من السقوط باتجاه مركز الجاذبية بواسطة شيء ما في الطريق - مثل يدك ، أو الإطار / المحورين ، أو الطاولة ، على سبيل المثال.

الآن ، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن الجيروسكوب تم منعه من السقوط باتجاه مركز الجاذبية بشيء ما في الطريق يؤدي إلى الخصائص الرائعة التي نراها في هذه الأجهزة.

الصورة - فيديو جيد - تساوي ألف كلمة ، لذلك سنقوم بتفويض شرح أكثر تفصيلاً للفيديو التالي:

الجيروسكوب مقابل مقياس التسارع: ما الفرق بين الاثنين؟

للإجابة الكاملة على هذا السؤال ، نحتاج إلى تقييم كيفية عمل كل جهاز. نظرًا لأننا قمنا بالفعل بتغطية الجيروسكوب ببعض التفاصيل أعلاه ، فلنتحقق من ماهية مقياس التسارع وكيف يعمل.

يتم تعريف مقياس التسارع بواسطة قاموس Merriam Webster على أنه "أداة لقياس التسارع أو لاكتشاف الاهتزازات وقياسها".

رائع ، لكن هذا لا يمنحنا الكثير من المعلومات حقًا. مقاييس التسارع ، بمعناها الأساسي ، هي أجهزة كهروميكانيكية تقيس قوى التسارع - ومن هنا جاءت تسميتها.

يمكن أن تكون هذه القوى إما ثابتة (مثل الجاذبية) أو ديناميكية (ناتجة عن تحريك الجهاز أو اهتزازه). هناك طرق مختلفة لعمل مقياس تسارع يستخدم معظمها إما التأثير الكهروضغطي أو من خلال استشعار السعة.

تميل الأولى إلى أن تتكون من هياكل بلورية مجهرية تتعرض للتوتر بفعل قوى التسارع وتولد جهدًا في المقابل. هذا الأخير يستخدم بنيتين مجهرية موضوعتين بجانب بعضهما البعض.

لكل منها سعة معينة ، وكلما تحركت قوى التسارع أحد الهياكل ، ستتغير سعتها. بإضافة بعض الدوائر للتحويل من السعة إلى الجهد ، ستحصل على مقياس تسارع صغير مفيد للغاية.

هناك المزيد من الطرق ، بما في ذلك استخدام تأثير مقاومة الضغط ، فقاعات الهواء الساخن ، والضوء ، على سبيل المثال لا الحصر. لذا ، كما ترون ، فإن مقاييس التسارع والجيروسكوبات هي حيوانات مختلفة جدًا بالفعل.

من حيث الجوهر ، فإن الاختلاف الرئيسي بين الاثنين هو أنه يمكن للمرء أن يشعر بالدوران ، بينما لا يستطيع الآخر ذلك. نظرًا لأن الجيروسكوبات تعمل من خلال مبدأ الزخم الزاوي ، فهي مثالية للمساعدة في تحديد اتجاه الجسم في الفضاء.

من ناحية أخرى ، فإن أجهزة قياس التسارع قادرة فقط على قياس التسارع الخطي بناءً على الاهتزاز.

ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات في مقياس التسارع التي تتضمن أيضًا الجيروسكوب. تتكون هذه الأجهزة من جيروسكوب بوزن على أحد محاوره.

سوف يتفاعل الجهاز مع القوة الناتجة عن الوزن عندما يتم تسريعها من خلال دمج هذه القوة لإنتاج السرعة.

ما هي الجيروسكوبات الضوئية؟

شكل آخر من أشكال الجيروسكوب هو الجيروسكوب البصري. لا يحتوي هذا الجهاز على أجزاء متحركة ويستخدم بشكل شائع في الطائرات التجارية الحديثة والصواريخ الداعمة والأقمار الصناعية التي تدور في مدارات.

تستفيد هذه الأجهزة من شيء يسمى تأثير Sagnac ، وتستخدم حزم من الضوء لتوفير وظيفة مماثلة للجيروسكوبات الميكانيكية. تم توضيح التأثير لأول مرة في عام 1911 من قبل فرانز هاريس ، لكن العالم الفرنسي جورج ساجناك هو الذي حدد السبب بشكل صحيح.

إذا تم تقسيم شعاع من الضوء وإرساله في اتجاهين متعاكسين حول مسار مغلق على منصة دوارة مع مرايا على محيطها ، ثم أعيد تجميع الحزم ، فسوف تظهر تأثيرات تداخل. في عام 1913 ، توصل سانياك إلى أن الضوء ينتشر بسرعة مستقلة عن سرعة المصدر.

اكتشف أيضًا أنه على الرغم من وجود الحزم داخل حلقة مغلقة ، فإن الحزمة التي تتحرك في نفس اتجاه الدوران وصلت إلى نقطة البداية متأخرة قليلاً عن الأخرى.

وفقًا لموسوعة بريتانيكا ، "نتيجة لذلك ، تم اكتشاف نمط" تداخل هامشي "(نطاقات بديلة من الضوء والظلام) والتي تعتمد على المعدل الدقيق لدوران القرص الدوار".

قاعدة اليد اليمنى

يميل العلماء إلى استخدام ما يسمى "قاعدة اليد اليمنى" لتصور ذلك.

للقيام بذلك ، خذ يدك اليمنى وقم بزاوية قائمة. ثم يمكنك مد أصابعك على طول نصف قطر العجلة.

إذا قمت بلف نهاية أصابعك في اتجاه الدوران ، فسيشير إبهامك إلى اتجاه الزخم الزاوي. في الأساس ، سيكون محور العجلة هو الاتجاه الذي "تريد" عجلة الغزل بأكملها التحرك فيه.

يقدم لنا هذا الفيديو شرحًا بسيطًا جدًا باستخدام عجلة دراجة معلقة.

تطبيقات الجيروسكوبات

زودت الخصائص المثيرة للجيروسكوبات العلماء والمهندسين ببعض التطبيقات الرائعة. إن قدرتهم على الحفاظ على اتجاه معين في الفضاء رائعة لبعض التطبيقات.

اضغط على بعض المستشعرات وستحصل على وصفة مفيدة. مع أخذ ذلك في الاعتبار ، إليك بعض الأمثلة الرائعة على استخدام الجيروسكوبات في عالمنا الحديث.

1. ستجد الكثير من الجيروسكوبات في الطائرات

في الطائرات الحديثة ، تستفيد أنظمة التوجيه بالقصور الذاتي بشكل جيد من هذه الأجهزة البسيطة نسبيًا. لديهم مجموعة من الجيروسكوبات الدوارة لمراقبة اتجاه الطائرة والتحكم فيه أثناء الطيران. يتم حفظ الجيروسكوبات الدوارة في أقفاص خاصة تسمح لها بالحفاظ على اتجاهها ، بغض النظر عن اتجاه الطائرة.

تحتوي أقفاص الجيروسكوب على ملامسات كهربائية وأجهزة استشعار يمكنها نقل المعلومات إلى الطيار كلما دحرجت الطائرة أو انحرفت. يتيح ذلك للطيار ونظام التوجيه "معرفة" الاتجاه النسبي الحالي للطائرة في الفضاء.

2. يوجد في المريخ روفر زوجان من الجيروسكوبات أيضًا

يحتوي Mars Rover أيضًا على مجموعة من الجيروسكوبات. أنها توفر الاستقرار للروفر فضلا عن المساعدة في الملاحة. لديهم أيضًا تطبيقات في الطائرات بدون طيار والمروحيات ، في توفير الاستقرار والمساعدة في الملاحة.

3. تستخدم صواريخ كروز والصواريخ الباليستية الجيروسكوبات أيضًا

تطبيق آخر مثير للاهتمام للجيروسكوبات هو لأنظمة توجيه صواريخ كروز والصواريخ الباليستية. تم استخدام مستشعرات الجيروسكوبات لتوجيه وتصحيح اللف واللف والانعراج تلقائيًا لهذا الغرض منذ صواريخ V-1 و V-2 الألمانية في الحرب العالمية الثانية.

عادة ، ستحمل الصواريخ جيروسكوبين على الأقل لهذا الغرض ، مع توفير كل جيروسكوب خطًا مرجعيًا ثابتًا يمكن من خلاله حساب أي انحرافات. يميل أحد المراجع إلى تضمين محور الدوران لجيروسكوب عمودي.

من هذا المحور ، يمكن قياس الانحرافات في الميل واللف والانعراج بسهولة. وجدت الجيروسكوبات أيضًا طريقها إلى مثبتات البنادق ، ومقاذفات القنابل ، ومنصات حمل البنادق وأنظمة الرادار على متن السفن الحربية.

4. يمكن أيضًا العثور على الجيروسكوبات في المركبات الفضائية المدارية

تطبيق آخر مثير للاهتمام للجيروسكوبات هو لأنظمة التوجيه بالقصور الذاتي للمركبة الفضائية المدارية. تتطلب هذه الحرفة الصغيرة درجة عالية من الدقة عندما يتعلق الأمر بالتثبيت ، والجيروسكوبات مثالية إلى حد كبير لهذه المهمة.

هناك بعض الأجهزة الأكبر والأثقل ، والتي تسمى عجلات الزخم أو عجلات التفاعل ، والتي تستخدم أيضًا للتحكم في الارتفاع لبعض الأقمار الصناعية الأكبر حجمًا.

5. جزء من حرب النجوم: تم تصوير عودة Jedi باستخدام الجيروسكوبات

تم استخدام جهاز يسمى "Steadicam" لتصوير مشاهد معينة في الفيلم حرب النجوم: عودة الجيداي (وكذلك في العديد من الأفلام الأخرى). هذا الجهاز ، الذي يستخدم بالاقتران مع العديد من الجيروسكوبات ، قد حمل الكاميرا ثابتة عند تصوير لقطات الخلفية لمطاردة الدراجة السريعة الشهيرة في إندور.

اخترع غاريت براون ، وقام بتشغيل الحفارة للسير عبر غابة من الخشب الأحمر يدير الكاميرا إطار واحد في الثانية. عندما تم تسريع اللقطات 24 لقطة في الثانيةأعطت انطباعًا بأن هناك رحلة عالية السرعة عبر الأشجار.

اليوم ، يعتبر أحفاد Steadicam سمة مشتركة للعديد من إنتاجات الأفلام.

6. قد يحتوي هاتفك على واحد فقط

وجدت الجيروسكوبات أيضًا طريقها إلى العديد من المنتجات الاستهلاكية على مدار السنوات القليلة الماضية. من خلال تضمينها في الأجهزة المحمولة ، مثل الهواتف الذكية ، يتيح طريقة دقيقة للغاية لتحديد الحركة في مساحة ثلاثية الأبعاد.

عادةً ما يتم الجمع بين الجيروسكوبات ومقاييس التسارع في الهواتف الذكية الحديثة لتوفير استشعار ممتاز للاتجاه والحركة. تشمل الأمثلة البارزة Samsung Galaxy Note 4 و HTC Titan و iPhone 5s وما إلى ذلك.

تميل وحدات تحكم الألعاب الحديثة أيضًا إلى تضمين بعض أشكال الجيروسكوب أيضًا. من جهاز Wii Remote إلى أجهزة طرفية مختلفة لـ Playstation 3 و 4 ، فتحت الجيروسكوبات طريقة جديدة تمامًا للعب ألعاب الكمبيوتر.

7. لئلا ننسى الطائرات بدون طيار

هناك تطبيق آخر مثير للاهتمام للجيروسكوبات في حياتنا اليومية وهو الطائرات بدون طيار. لكي تطير هذه الأجهزة بشكل مثالي ، فإنها تتطلب جيروسكوبات ، من بين أجهزة أخرى ، لتتمكن من التحليق والتحليق في المستوى.

تميل الطائرات التجارية الحديثة بدون طيار إلى استخدام مثبتات جيروسكوبية ذات ثلاثة وستة محاور لتوفير معلومات ملاحية لجهاز التحكم في الطيران ، مما يجعل الطائرات بدون طيار أسهل وأكثر أمانًا في الطيران.

وهذا كل شيء يا رفاق.

على الرغم من بساطتها في التصميم ، فقد أصبحت قطعًا أساسية لأي شيء من السفن العابرة للمحيطات إلى مكوك الفضاء وطائرات الهليكوبتر بالطبع.

بشكل عام ، الجيروسكوبات رائعة جدًا ، حتى لو لم تدرك أنها موجودة هناك. من المدهش الاعتقاد بأن مثل هذا الجهاز البسيط يمكن أن يكون له مثل هذه التطبيقات المثيرة للاهتمام والمتنوعة.

على الرغم من كونها أجهزة بسيطة نسبيًا ، إلا أنها تتمتع بخصائص رائعة استغلها العلماء والمهندسون لجعل عالمنا أفضل قليلاً.

إذا أثارت هذه المقالة خيالك وتريد جيروسكوب خاص بك ، فهناك الكثير من بائعي التجزئة على الإنترنت للاختيار من بينها. كيف بحق السماء يمكن أن ترفض؟


شاهد الفيديو: Master Your Gyroscope Guide - Zero Recoil and Tips and tricks PUBG MOBILE (أغسطس 2022).