الجيروسكوب تاريخياً :
يعود مصطلح الجيروسكوب إلى اللغة اليونانية القديمة ويعني فيزياء حركة الاستباقية وقد لوحظت هذه الظاهرة في المجتمع اليوناني القديم ، وتستند هذه الجيروسكوبات إلى المبدأ الذي اكتشفه الفيزيائي الفرنسي ليون فوكو عام 1852م والذي ينص على : يتكون الجيروسكوب الميكانيكي من كتلة تدور حول محوره ، عندما تدور الكتلة حول محورها فإنها تميل إلى أن تظل موازية لها وتعارض أي محاولة لتغيير اتجاهها .
كما أجرى فوكو ترجربة باستخدام الجيروسكوب خلال خمسينيات القرن الماضي أثبت من خلالها أن عجلة الغزل تحافظ على اتجاهها الأصلي في الفضاء بغض النظر عن دوران الأرض .
وقد تم تركيب أول طيار آلي للسفن في سفينة ركاب دنماركية ألماني الصنع سنة 1916 م وفي العام ذاته تم استخدام أول جيروسكوب في تصميم أول أفق اصطناعي للطائرات .
ما هو الجيروسكوب ؟
الجيروسكوب هو جهاز مثبت على إطار قادر على استشعار السرعة الزاوية في حالة دوران الإطار ويتكون من عجلة دوارة مثبتة على محورين مع إطار صلب و محامل دوارة ويتكون أيضاً من أنظمة استشعار قادرة على قراءة النزوح الزاوي بين المحورين المتجاورين وتحويلها إلى إشارات كهربائية عن طريق مقاييس الجهد .
أهمية الجيروسكوب :
تستند الجيروسكوبات الميكانيكية في عملها على المبدأ الذي اكتشفه عالم الفيزياء الفرنسي ليون فوكو والذي أطلق اسم الجيروسكوب على عجلة ودوار مثبتة في حلقات (gimbal) .
ويتمثل التطبيق الأساسي لاستخدام الجيروسكوبات في في قياس الموضع الزاوي للمركبة المتحركة ، حيث يقيس معدل الجيروسكوب السرعة الزاوية للمركبة أثناء الحركة الدورانية لها .
مكونات الجيروسكوب :
1- عجلة دوارة مثبتة على محورين ؛ مما يسمح لها بالخضوع لحركات مسبقة على طول اتجاهين متعامدين
2- إطار صلب مع محامل دوارة عالية الدقة تستخدم لتقليل الاحتكاك
3- أنظمة استشعار قادرة على قراءة النوح الزاوي بين المحورين المتجاورين وتحويلها إلى إشارات كهربائية عن طريق مقاييس الجهد.
كيف يعمل الجيروسكوب ؟
يقوم المبدأ الأساسي للجيروسكوب على أن كتلة الغزل المعزولة تميل إلى الحفاظ على موضعها الزاوي فيما يتعلق بالإطار المرجعي بالقصور الذاتي ، وعندما يتم تطبيق عزم دوران خارجي ثابت على الكتلة يخضع محور الدوران لحركة مسبقة بسرعة زاوية ثابتة في اتجاه طبيعي لاتجاه عزم الدوران المطبق .
وتعد البوصلة الجيروسكوبية خير دليل على ذلك ، فعندما لا يتم تطبيق عزم دوران خارجي على الإطار في البوصلة فإنها تحافظ على الموضع الزاوي للمؤشر في اتجاه الشمال ، بصرف النظر عن المسار الذي تتبعه السيارة .
يتم توصيل الإطار المحوري للجيروسكوب بالمركبة ويمكن تدويره بحرية ، بينما يحافظ محور الدوران لكتلة الدوران على موضعه الزاوي أثناء حركة السيارة ، ويمكن بسهولة ربط التباين في الزاوية المطلقة للمركبة بالتغير النسبي للزاوية بين محور دوران الكتلة والاتجاه الثابت على إطار الجيروسكوب .
كما يُعزى حفاظ دوار الدوران على موقعه عند إمالة مجموعة (gimbal) إلى الزخم الزاوي .
تطبيقات واستخدامات الجيروسكوب :
- البوصلة الجيروسكوبية
- آلية توجيه الطوربيدات
- نظام الملاحة في السفن والطائرات
- أنظمة التوجيه بالقصور الذاتي المثبتة في مركبات الإطلاق الفضائية والصواريخ البالستية ، والأقمار الصناعية