ジャイロスコープのしくみ

ジャイロスコープは、独特の方法で動き、重力に逆らうように見えるため、非常に複雑なオブジェクトになる可能性があります。これらの特別な特性により、ジャイロスコープは自転車からスペースシャトルの高度なナビゲーションシステムまで、あらゆるもので非常に重要になります。典型的な飛行機は、コンパスから自動操縦まで、あらゆるものに約12個のジャイロスコープを使用しています。ロシアのミール宇宙ステーションは、太陽への向きを保つために11個のジャイロスコープを使用しました。また、ハッブル宇宙望遠鏡には、ナビゲーションジャイロのバッチもあります。ジャイロスコープ効果は、ヨーヨーやフリスビーなどの中心でもあります。

この版では 、ジャイロスコープを見て、さまざまな場所でジャイロスコープが非常に役立つ理由を理解します。また、彼らの非常に奇妙な行動の背後にある理由を見るようになります！

­

コンテンツ

1. 歳差運動
2. 歳差運動の原因
3. ジャイロスコープの使用

あなたがおもちゃのジャイロスコープで遊んだことがあるなら、あなたはそれらがあらゆる種類の面白いトリックを実行できることを知っています。弦や指でバランスを取ることができます。それらは非常に奇妙な方法でスピン軸の周りの動きに抵抗することができます。しかし、最も興味深い効果は歳差運動と呼ばれます。これは、ジャイロスコープの重力に逆らう部分です。次のビデオは、自転車の車輪をジャイロとして使用した歳差運動の効果を示しています。

ビデオの最も驚くべきセクション、そしてジャイロスコープについて信じられないことは、ジャイロスコープの自転車の車輪が次のように空中にぶら下がることができる部分です：

どうすればそれができますか？

この不思議な効果は歳差運動です。一般的な場合、歳差運動は次のように機能します。回転するジャイロスコープがあり、そのスピン軸を回転させようとすると、ジャイロスコープは代わりに、次のように力の軸に対して直角の軸を中心に回転しようとします。

では、なぜ歳差運動が起こるのでしょうか。

ジャイロスコープがこの動作を表示する必要があるのはなぜですか？自転車の車輪の車軸がそのように空中にぶら下がることはまったく無意味に思えます。ただし、ジャイロスコープが回転するときにジャイロスコープのさまざまなセクションで実際に何が起こっているかを考えると、この動作は完全に正常であることがわかります。

回転しているジャイロスコープの2つの小さなセクション（上部と下部）を次のように見てみましょう。

図に示すように、力が車軸に加えられると、ジャイロスコープの上部のセクションは左に移動しようとし、ジャイロスコープの下部のセクションは右に移動しようとします。ジャイロスコープが回転していない場合は、前のページのビデオに示されているように、ホイールがひっくり返ります。ジャイロスコープが回転している場合は、ジャイロスコープのこれら2つのセクションに何が起こるかを考えてください。ニュートンの最初の運動の法則は、運動中の物体は、不均衡な力が作用しない限り、直線に沿って一定の速度で動き続けると述べています。したがって、ジャイロスコープの最上点は、車軸に加えられた力の影響を受け、左に向かって動き始めます。ニュートンの最初の運動の法則のために左に移動しようとし続けますが、ジャイロの回転は次のように回転します。

この効果が歳差運動の原因です。ジャイロスコープのさまざまなセクションは、あるポイントで力を受け取りますが、その後、新しい位置に回転します。ジャイロ上部のセクションが横に90度回転すると、左に移動したいという欲求が続きます。同じことが下部のセクションにも当てはまります。横に90度回転し、右に移動したいという願望を持ち続けます。これらの力は、歳差運動方向にホイールを回転させます。識別されたポイントがさらに90度回転し続けると、元のモーションはキャンセルされます。そのため、ジャイロスコープの車軸は空中にぶら下がって歳差運動します。このように見ると、歳差運動はまったく不思議ではないことがわかります-それは完全に物理法則に準拠しています！

このすべての効果は、ジャイロスコープを回転させると、その車軸が同じ方向を指し続けたいということです。ジャイロスコープをジンバルのセットに取り付けて、同じ方向を指し続けることができるようにすると、ジャイロスコープはそうなります。これがジャイロコンパスの基本です。

2つのジャイロスコープを、車軸が互いに直角になるようにプラットフォームに取り付け、プラットフォームをジンバルのセット内に配置すると、ジンバルが好きなように回転するため、プラットフォームは完全に固定されたままになります。これが慣性航法システム（INS）の基本です。

INSでは、ジンバルの車軸上のセンサーがプラットフォームの回転を検出します。INSはこれらの信号を使用して、プラットフォームに対する車両の回転を理解します。プラットフォームに3つの高感度加速度計のセットを追加すると、車両がどこに向かっているのか、3方向すべてでその動きがどのように変化しているかを正確に知ることができます。この情報により、飛行機の自動操縦装置は飛行機を進路に保つことができ、ロケットの誘導システムはロケットを目的の軌道に挿入することができます。

ジャイロスコープとそのアプリケーションの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

関連記事

その他のすばらしいリンク