WikiDer > Gyroskop
EIN Gyroskop ist eine rotationssymmetrische Masse, die sich um ihre Achse drehen kann. Im Volksmund gesagt, ein Gyroskop ist ein Maut. Mit einem Gyroskop wird die Drehimpulserhaltungssatz demonstriert werden: Das Schwungrad dreht sich weiter, wenn es in Bewegung ist. Ein schnell rotierendes Gyroskop wird dadurch einer Änderung der Position der Rotationsachse widerstehen. Der Erfinder des Gyroskops, Leon Foucault, einstellen 1852 der Name zusammen aus dem griechisch Wörter "gyros" und "skopein", was jeweils "Kreis" und "sehen" bedeuten.
Beispiele für Gyroskope sind die Boden, die Räder eines Fahrrads, a Kreisel, bestimmte Instrumente in einem Flugzeug, wie z künstlicher Horizont und der Blinker.
Oft ein Gyroskop, wie a Kompass auf einem schiff, in a kardanisch damit er sich in allen drei Dimensionen frei drehen kann. Bei einer solchen Federung zeigt die Achse immer nach einer Seite. Diese Eigenschaft hat das Gyroskop als Zielinstrument in Flugzeugen, Schiffen, Torpedos und Flugkörpern praktisch unverzichtbar gemacht. Siehe zum Beispiel die V2-Rakete.
Wird ein Kreisel einmal in Bewegung gesetzt, hält das Drehimpulserhaltungsgesetz die Drehachse in der gleichen Richtung. Leon Foucault anhand dieses Prinzips gezeigt, dass sich die Erde um ihre Achse dreht. Aufgrund der Erdrotation scheint sich das Gyroskop in 24 Stunden um seine Achse zu drehen. Da das Gyroskop relativ zum Weltraum stationär ist, muss sich die Erde um ihre Achse drehen
Gyroskop |
| Bewegung eines Kreisels oder Planeten: |
Wird das Gyroskop nur an einer Stelle unterstützt, Präzession Performance. Es scheint dann, als ob das Gyroskop die Gesetze der Schwerkraft in unmöglicher Weise verspottet. Dieses Verhalten ist das Ergebnis des Moments, das von der ausgeübt wird Schwere auf den Drehimpuls, was zu einer resultierenden Senkrechten zur Schwerkraft führt.
Je größer es Drehimpuls, desto geringer ist die Präzessionsrate. Zum Beispiel dauert eine Präzessionsperiode der Erde 25.800 Jahre. Nutation ist die "zitternde" Bewegung eines Kreisels oder Planeten aufgrund der Massenverteilung innerhalb des Objekts.
Geschichte
Ein Vorläufer des Gyroskops war die Spiegeldrehung von John Serson aus den jahren 1740-1749. Die früheste bekannte Version eines Gyroskops wurde 1817 von dem deutschen Astronomen und Mathematiker erstellt Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger. Sein Gerät, das Bohnenberger-Maschine Es bestand aus einer rotierenden Elfenbeinkugel, die in einem Kardanring montiert war. 1832 entwickelte der amerikanische Professor Walter R. Johnson das Rotaskop, ein Gyroskop mit einer rotierenden Scheibe.
Der französische Mathematiker Pierre-Simon Laplace, der damals bei der . arbeitete Ecole Polytechnik in Paris, empfohlen, Bohnenbergers Maschine für Bildungszwecke zu verwenden. Auf diese Weise wurde Foucault darauf aufmerksam, der 1851 das Prinzip des Kreisels erklärte. Er benutzte das Gyroskop als Teil seines Experiments, um zu zeigen, dass sich die Erde um ihre eigene Achse dreht.
Um 1860 kamen die ersten Elektromotoren auf den Markt, die zur Entwicklung des Kreiselkompass. Zwischen 1905 und 1908 hat der deutsche Erfinder Hermann Anschütz-Kaempfe die ersten funktionsfähigen maritimen Kreiselkompasse. Die Amerikaner Elmer Sperry folgte 1910 mit eigenem Design.
Anwendung
In der Schifffahrt und Luftfahrt wird das Gyroskop als Kompass. Kreiselkompasse sind genauer als Kompasse, die die Erdmagnetfeld, die durch das Vorhandensein von Eisen gestört werden. Kreiselkompasse leiden darunter nicht. Ein Kreiselkompass muss jedoch regelmäßig kalibriert werden. Dies geschieht in der Regel anhand der Sterne, dem sogenannten Take a Azimut, oder Umfrage a Lichtlinie.
Das Schwerkraftsonde B-Mission der NASA führt ein Experiment mit hochpräzisen Gyroskopen durch, um die Relativitätstheorie bestätigen.
Bei Film- und Fernsehaufnahmen werden Gyroskope verwendet, um Kamera stabilisieren. Das Gyroskop erkennt Bewegungen der Kamera und der Aktuator führt dann eine entgegengesetzte Bewegung aus. Gyroskope werden zum Beispiel beim Schießen mit a . verwendet Hubschrauber, um die Erschütterungen durch Wind und Rotorblätter korrigieren. Für diese Anwendung können bis zu fünf Gyroskope verwendet werden.
Vibrationsgyroskop
Ein vibrierendes Objekt kann auch als Gyroskop dienen. Bei fliegenden Insekten, sogenannten Hanteln spielen eine solche Rolle in den Flügeln. Da sich eine schwingende Masse viel einfacher in die Mikroelektronik integrieren lässt als ein rotierendes Rad, findet diese Form zunehmend Anwendung in der Elektronik von Fahrzeugen, Video- und Fotogeräten (Bildstabilisator) und Spielekonsolen.
Das Vibrationsgyroskop kann man sich als sehr klein vorstellen Foucaults Pendel pen. Das physikalische Prinzip ähnelt dem des rotierenden Kreisels: ein vibrierendes Objekt - zum Beispiel durch a piezoelektrisch kristallbetrieben - neigt dazu, sich entlang der gleichen Achse zu bewegen. Wenn es in eine andere Richtung gezwungen wird, braucht es eine Kraft, und das Corioliskraft elektronisch erfasst werden können.
In der Fachliteratur werden diese Gerätetypen als mikroelektromechanisches System (MEMS).
Optisches Gyroskop
U-Boote und Flugzeuge verwenden heute a optisches Gyroskop oder Ringlaserkreiselkompasscom die keine beweglichen Teile mehr enthalten – mit dem Zusatz de Kreisel ist sachlich falsch. Ein Lichtstrahl wird über verschiedene Kurvenbahnen aufgespalten und wieder zusammengeführt. Eine Phasendifferenz kann dann gemessen werden, wenn das Gerät zwischenzeitlich mehr in Richtung einer Umlaufbahn gedreht wurde als in Richtung einer anderen Umlaufbahn. Es ist nach dem Erfinder benannt Sagnac-Effekt.
Externe Links
- Umfassende Erklärung von Gyroskopen auf Englisch, Georgia State University
- Erklärung der Funktionsweise des optischen Gyroskops auf Niederländisch, Autor: Benoit Willems - KU Leuven ESAT
 | Siehe die Kategorie Gyroskope von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema. |