Ana Sayfa Mühendislik Jiroskop

Jiroskop

2483
1
PAYLAŞ

Jiroskop, veya yalpalık, jayroskop, jayro, yön ölçümü veya ayarlamasında kullanılan, açısal dengenin korunması ilkesiyle çalışan bir alettir. Jiroskopik hareketin temeli fizik kurallarına ve merkezkaç ilkesine dayalıdır. Esas olarak jiroskop, bir tekerlek veya dönen bir silindir, rotor ve eksenden ibarettir.

Eksen, rotor içinde dönebileceği bir çember üzerine yataklanmıştır. Bu çember ise dik açı yapacak şekilde başka bir dış çembere kenetlenmiştir. Son dış çember ise hem iç hem de dış çemberle dik açı yapan bir çerçeveye oturtulmuştur. Rotorun dönmesi gözönüne alınmazsa jiroskop iki serbestlik derecesine sahiptir. Yani alet, hem düşey ve hem de yatay eksen etrafında dönebilecektir.

Dönmediği durumda, jiroskopun özelliği belirgin değildir. Sadece ağırlık merkezi değişmeden her doğrultuya dönebilen bir düzendir. Ancak rotor döndüğünde jiroskopun özelliklerinden biri hemen ortaya çıkar, şekil değiştirmez bir durum alır. Ekseni, durduğu yer ne kadar oynatılırsa oynatılsın doğrultusunu muhafaza eder. Bu özelliğe jiroskopik atalet denir. Bu atalet açısal hıza, ağırlığa ve ağırlığın yoğunlaştığı çapa bağlıdır. En büyük tesir, kütlesi kenarlarında toplanmış ve hızlı dönen kütleler için elde edilir. İkinci özelliği ise, kuvvet tatbikiyle ortaya çıkar. Yatay eksen doğrultusunda tatbik edilecek bir kuvvet, jiroskopun mukavemeti ile karşılaşır ve yatay eksen etrafında dönmek yerine düşey eksen etrafında döner. Tersine olarak düşey eksen yönünde kuvvet tatbik edildiğinde ise, jiroskop karşı koyar ve yatay eksen etrafında döner.

Bisiklete binen herkes, bir bisiklet hızlı gittiği vakit dengeyi sağlamanın, yavaş gittiği vaktinkine göre çok daha kolay olduğunu bilir. Bir topaç, dönme hızı büyükse, dik kalarak dönmeye devam eder, fakat yavaşladıkça yana yatmaya başlar ve sonunda devrilir. Bu örneklerin her ikisinde de, kararsız olan (yani kolayca düşebilecek olan) cisimler, yeter hızla hareket halinde oldukları vakit dik durabilmektedir.

Jiroskop kendisine has bir alet olup, dış etkenlerden yer çekiminden ve merkezkaç kuvvetinden müteessir olmayan bir referans ekseni sağlar. Jiroskopun pratik bütün uygulamaları yukarıda sözü edilen iki özelliğe dayanır. Ancak tek başına nadiren kullanılır. Tabiatta çeşitli şekillerde uygulaması uzun zamandır mevcut olmasına rağmen, 19. yüzyıla kadar hakkında pek az şey bilinmekteydi. Dünyanın kendisi, uzayda ekvatoru yaklaşık 1600 km/saat hızla dönen bir jiroskoptur. İki kanatlı böceklerde bulunan “çok küçük uçuş kontrolü jiroskopları” ise çubuk şeklinde olup, dönme yerine titreşirler. Bu çeşit jiroskoplar laboratuarda yapılmış ve özellikleri tespit edilmiştir. Ancak, günümüzde kullanılan jiroskoplar tekerlek tipinde dönel olanlarıdır.

Fransız Jean Bernard Leon Foucault 1852’de dünyanın döndüğünü göstermek için yaptığı bu alete jiroskop ismini vermiştir. Ancak devamlı dönmeyi tatbik edecek bir teknik meydana gelmediğinden yaklaşık olarak 60 yıl jiroskop matematikçilerin oyuncağı olarak kalmıştır. Gemilerde çelik kullanılması arttıkça manyetik pusulaya güven azalmış ve jiroskobik pusula önem kazanmıştır. Önce Almanya’da ve daha sonra Amerika Birleşik Devletlerinde uygulama sahası ortaya çıkmıştır. Gemi ve uçakların hareketlerini kontrol etmek için jiroskobik aletler geliştirilmiştir. Gemilerde yalpa hareketlerini önleyen jiroskoplar, ayrıca torpidolara da yön vermek için kullanılır. 1943’te deniz toplarının yönlendirilmesinde istifade edilmiştir. İkinci Dünya Harbi, jiroskopun hızla gelişmesini zorlamıştır.

Çalışma Prensibi

Klasik jiroskopların çalışması presesyon ilkesine dayanır. Presesyon hareketi Dünya’nın da bu hareketi yapıyor olması dolayısıyla gökbilimcileri tarafından da tanımlanan bir harekettir. Basit fizik prensiplerine dayanır.

Presesyon hareketini açıklamak için iple tavana asılmış ve dönüş eksenine tork uygulanmış bir tekerlek ele alınabilir. Bu tekerlek dönme hareketine başlamadan önce merkezinden tavana asıldığında yerçekimi kuvveti altında istenilen bir açıda sabit kalamaz. Ancak dönme ekseninde hareket ederken yer çekimi kuvvetinin aksine dönme hareketine başlatıldığı açıda kalır.

Şekilde, 1 numaralı tekerlek dönme hareketine başlatılmaktadır. 2 numaralı resimde yeşil oklar tekerlek üzerine uygulanan torku temsil etmektedir. 3 no’lu resimde tekerlek giriş kuvvet eksenine dik bir eksende tepki vermektedir.

Yukarıdaki şekilde tekerlek üzerinde sadece üst ve alt nokta göz önüne alınırsa harekete başlamadan önce üstteki nokta sola gitmek isterken, alttaki nokta sağa hareket etmek isteyecek ve tekerlek düşecektir. Ancak dönme hareketine başladıktan sonra (yeşil oklarla gösterilen tork uygulandıktan sonra) yine sola doğru hareket etmek isteyecektir. Newton’un birinci yasasına göre, bir eksen üzerinde kuvvet dengesinde bulunan bir cisim, dengeyi bozacak başka bir kuvvet uygulanmadığı takdirde, sabit hızla hareketini sürdürür. Bu kurala göre tekerlek dönerken üstteki noktanın sola hareket etmek istemesi  normaldir. Ancak dönme hareketi tekerleği aşağıdaki şekle getirir:


Bu durum tüm noktalar için geçerlidir ve sonucunda tekerlek presesyon yönünde dönmeye başlar. Tekerlek üzerindeki noktalar, üzerlerine kuvvet uygulandıktan sonra yeni pozisyonlarına geçerler, ve hareket dönme hareketi boyunca böyle devam eder.

1 YORUM

Bir Cevap Yazın