|
رفتار یک ژیروسکوپ می‌تواند به سادگی با توجه به رفتار چرخ جلوی دوچرخه درک می‌شود. اگر چرخ از محور عمود به سمت چپ متمایل شود لبه جلوی چرخ هم به سمت چپ می‌چرخد. به عبارت دیگر چرخش بر روی یک مورد چرخ چرخان، چرخش در محور سوم را موجب می‌شود.
یک [http[:w://en.wikipedia.org/wiki/:Flywheel |flywheel]] ژیروسکوپ می‌چرخد و یا مقاومت می‌کند بسته به اینکه حلقه خارجی در ساختار آزاد یا بسته باشد. مثال‌های از وسایل با حلقه خارجی آزاد می‌تواند ژیروسکوپ‌های با مرجع جهت(attitude reference gyroscope) باشند که برای اندازه گیری زاویه در راستای سه محور مختصات (غلت و تاب و انحراف سمت) در یک فضاپیما و یا هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مرکز جرم چرخانه می‌تواند در یک موقعیت ثابت باشد. چرخانه به صورت همزمان توانایی چرخش به حول یک محور و نیز ارتعاش به حول دو محور دیگر را داراست و بنابراین به جز مقاومت ذاتی اش به دلیل اسپین روتور می‌تواند به طور آزادانه در هر جهتی به حول نقطهٔ ثابت بچرخد.
برخی ژیروسکوپ‌ها جایگزین‌های مکانیکی برای یک یا چند عنصر به کار رفته در این ساختار دارند. برای مثال روتور می‌تواند در یک سیال معلق شود به جای اینکه به صورت لولا به یک حلقه نصب شود. یک ژیروسکوپ کنترل گشتاور ([http[:w://en.wikipedia.org/wiki/:Control_moment_gyroscope |CMG]]) مثالی از یک وسیله با حلقه خارجی ثابت است که بر روی هواپیما با هدف تامین و یا نگهداری یک زاویهٔ وضعیت مناسب و یا جهت را با استفاده از نیروی مقاومت ژیروسکوپ استفاده می‌کند.
در برخی انواع خاص حلقه خارجی و یا معادلش می‌تواند حذف شود تا چرخانه تنها دو درجه آزادی داشته باشد. در برخی انواع مرکز جرم می‌تواند از محور نوسان فاصله داشته باشد و بنابراین مرکز جرم و مرکز تعلیق ممکن است یکی نباشد.
== تاریخچه ==
[[پرونده:Foucault's gyroscope.jpg|بندانگشتی|چپ|ژیروسکوپ ساخته شده توسط Léon Foucaultو ساخته شده توسط Dumoulin-Fromentدر سال 1852. موزه ملی هنرها پاریس.]]
اولین ژیروسکوپ شناخته شده توسط یک آلمانی به نام [[یوهان بوهننبرگر]] که اولین بار در سال ۱۸۱۷ درباره اش نوشت ساخته شده‌است. در ابتدا او آن را «ماشین» نامید.<ref>Johann G. F. Bohnenberger (۱۸۱۷) "Beschreibung einer Maschine zur Erläuterung der Gesetze der Umdrehung der Erde um ihre Axe, und der Veränderung der Lage der letzteren" [Description of a machine for the explanation of the laws of rotation of the Earth around its axis, and of the change of the orientation of the latter] ''Tübinger Blätter für Naturwissenschaften und Arzneikunde'', vol. ۳, pages ۷۲–۸۳. Available on-line at: http://www.ion.org/museum/files/File_1.pdf.</ref><ref>The French mathematician Poisson mentions Bohnenberger's gyroscope as early as ۱۸۱۳: Simeon-Denis Poisson (۱۸۱۳) "Mémoire sur un cas particulier du mouvement de rotation des corps pesans" [Memoir on a special case of rotational movement of massive bodies], ''Journal de l'École Polytechnique'', vol. ۹, pages ۲۴۷–۲۶۲. Available on-line at: http://www.ion.org/museum/files/File_2.pdf.</ref> ژیروسکوپ بوهننبرگر بر اساس یک کرهٔ بزرگ چرخنده ساخته شد.<ref>A photograph of Bohnenberger's gyroscope is available on-line here: http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24.</ref> در سال ۱۸۳۲ [[والتر جانسون]] آمریکایی ژیروسکوپی ساخت که براساس دیسک چرخنده کار می‌کرد.<ref>Walter R. Johnson (January 1832) "Description of an apparatus called the rotascope for exhibiting several phenomena and illustrating certain laws of rotary motion", ''The American Journal of Science and Art'', ۱st series, vol. ۲۱, no. ۲, pages ۲۶۵–۲۸۰. Available on-line at: http://books.google.com/books?id=BjwPAAAAYAAJ&pg=PA265&lpg=PR5&dq=Johnson+rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html.</ref><ref>Illustrations of Walter R. Johnson's gyroscope ("rotascope") appear in: Board of Regents, ''Tenth Annual Report of the Board of Regents of the Smithsonian Institution.... '' (Washington, D.C.: Cornelius Wendell, 1856), pages ۱۷۷–۱۷۸. Available on-line at: http://books.google.com/books?id=fEyT4sTd7ZkC&pg=PA178&dq=Johnson+rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html.</ref> ریاضیدان فرانسوی [[پیر لاپلاس]] زمانی که در دانشگاه [[اکول پلی‌تکنیک]] کار می‌کرد این ماشین را به عنوان ابزار کمک آوزشی پیشنهاد کرد و به این شکل این وسیله در معرض توجه[http://en.wikipedia.org/wiki/L%C3%A9on_Foucault| Léon Foucault] قرار گرفت.<ref>[http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24 Wagner JF, "The Machine of Bohnenberger", The Institute of Navigation]</ref> در سال۱۸۵۲ Foucault که در حال انجام یک آزمایش برای دیدن چرخش زمین بود، به این وسیله نام جدید خود را داد.<ref> L. Foucault (۱۸۵۲) "Sur les phénomènes d’orientation des corps tournants entraînés par un axe fixe à la surface de la terre", ''Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des Sciences (Paris)'', vol. ۳۵, pages ۴۲۴–۴۲۷. Available on-line (in French): http://www.bookmine.org/memoirs/pendule.html. Scroll down to "Sur les phénomènes d’orientation..."</ref><ref>Circa 1852, Friedrich Fessel, a German mechanic and former secondary school teacher, independently developed a gyroscope. See: '''(۱)''' Julius Plücker (September 1853) "Über die Fessel'sche rotationsmachine", ''Annalen der Physik'', vol. ۱۶۶, no. ۹, pages ۱۷۴–۱۷۷; '''(۲)''' Julius Plücker (October 1853) "Noch ein wort über die Fessel'sche rotationsmachine", ''Annalen der Physik'', vol. ۱۶۶, no. ۱۰, pages ۳۴۸–۳۵۱; '''(۳)''' Charles Wheatstone (۱۸۶۴) "On Fessel's gyroscope", ''Proceedings of the Royal Society of London'', vol. ۷, pages ۴۳–۴۸. Available on-line at: http://books.google.com/books?id=CtGEAAAAIAAJ&pg=RA1-PA307&lpg=RA1-PA307&dq=Fessel+gyroscope&source=bl&ots=ZP0mYYrp_d&sig=DGmUeU4MC8hAMuBtDSQn4GpAyWc&hl=en&ei=N4s9SqOaM5vKtgf62vUH&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=9.</ref>
اگرچه این آزمایش به دلیل وجود اصطکاک ناموفق بود. در واقع اصطکاک زمان هر دور را به ۸ تا ۱۰ دقیقه محدو می‌کرد که زمان بسیار کوتاهی برای مشاهدهٔ یک حرکت قابل توجه بود.
در سال‌های دهه ۱۹۶۰ موتورهای الکتریکی این مفهوم را امکان پذیر کردند و این به ساخته شدن اولین نمونه‌های قطب نماهای ژیروسکوپی انجامید. اولین قطب نمای ژیروسکوپی در سال ۱۹۰۸ توسط مخترع آلمانی [http://en.wikipedia.org/wiki/Hermann_Ansch%C3%BCtz-Kaempfe| HermannAnschutz-Kaempfe] معرفی شد. کمی بعد در همان سال[http://en.wikipedia.org/wiki/Elmer_Sperry| Elmer Sperry] آمریکایی طراحی خود را ادامه داد و به زودی ملت‌های دیگر هم اهمیت نظامی این اختراع را دریافتند، (در زمانی که قدرت دریایی مهمترین ابزار سنجش قدرت نظامی بود.) و صنایع ژیروسکوپ خود را ساختند. شرکت [http://en.wikipedia.org/wiki/Sperry_Gyroscope_Company| Sperry Gyroscope] به زودی فعالیت خود را به ساخت پایدار کنندهای هواپیماها و کشتی‌ها هم توسعه داد و سایر سازندگان ژیروسکوپ هم به این کار پرداختند.<ref>MacKenzie, Donald. ''Inventing Accuracy: A Historical Sociology of Nuclear Missile Guidance''. Cambridge: MIT Press, 1990. pp. ۳۱–۴۰. ISBN 0-262-13258-3</ref> در سال ۱۹۱۷ شرکت Chandler Company of Indianapolis در ایندیانا «ژیروسکوپ Chandler» را به عنوان یک اسباب بازی با یک محور و یک بند تولید کرد. این وسیله تا امروز تولیدش ادامه پیدا کرده‌است و به عنوان یک اسباب بازی کلاسیک امریکایی شناخته می‌شود.
ژیروسکوپ‌های [http://en.wikipedia.org/wiki/Microelectromechanical_systems| MEMS] ایده پاندول‌های Foucault را گرفته و از یک عنصر ارتعاش کننده به نام[[Micro Electro Mechanical System]] استفاده می‌کنند. ژیروسکوپ‌های بر پایهٔ MEMS اولین بار توسط [[System Donner Inertial SDI]] به طور عملی و قابل تولید ساخته شد. امروزه SDI یک تولید کنندهٔ بزرگ ژیروسکوپ‌های MEMS است.
در اولین دهه‌های قرن ۲۰ام، سایر مخترعان به صورت ناموفق تلاش کردند که از ژیروسکوپ به عنوان پایه‌ای برای جعبه سیاه سیستم‌های ترابری به وسیلهٔ ساختن یک پایهٔ پایدار که بر اساس آن اندازه گیری دقیق شتاب امکان پذیر باشد (به منظور رفع نیاز برای رویت ستارگان برای محاسبهٔ موقعیت) استفاده کنند. اصول مشابهی بعداً در ساخت سیستم‌های [http://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_guidance_system| inertial guidance] برای موشک‌های بالستیک مورد استفاده قرار گرفت.<ref>MacKenzie, pp. ۴۰–۴۲.</ref>
== ویژگی‌ها ==
== ژیروستات ==
ژیروستات نوعی دیگر از ژیروسکوپ است. اولین ژیروستات توسط لرد کلوین([http://en.wikipedia.org/wiki/Lord_Kelvin| Lord Kelvin]) ساخته شد تا حالت پیچیدهٔ حرکت یک حجم چرخان زمانی که تحت یک صفحهٔ افقی آزاد گذاشته شود مثل یک top spun در پیاده رو و یا یک دوچرخه یا حلقه بر روی خیابان نشان می‌دهد. این وسیله شامل یک چرخ سنگین است که در داخل یک پوشش جامد قرار گرفته است. رفتار این وسیله بر روی یک میز و یا اشکال مختلف تعلیق و یا تکیه گاه برای نمایش وضعیت‌های خاص بر خلاف قوانین معمل تعادل استاتیکی که به دلیل رفتار ژیرواستاتیکی چرخ و نامرئی داخلش وقتی که سریع بچرخد به کار می‌رود.
== حق ثبت امریکا ==
در طبقه بندی [http://en.wikipedia.org/wiki/USPTO| USPTO] محل عمومی برای ژیروسکوپ کلاس ۷۴،Machine element or mechanism، و طبقهٔ فرعی ۵R می‌باشد. هر حجم چرخانی خواص و رفتار ژیروسکوپ دارد ولی این وسیله‌ها شامل اینکه حداقل یک محور نوسان حاضر باشد. ترکیب ژیروسکوپ با وسایل دیگر در طبقه بندی فرعی ۵٫۲۲ قرار دارند.
== جستارهای وابسته ==
{{wikibooks|High School Physics/Rotational Motion}}
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Aerotrim| Aerotrim]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Anti-rolling_gyro| Anti-rolling gyro] — Ship gyroscopic roll stabilisers.
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Balancing_machine| Balancing machine]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Countersteering| Countersteering]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Euler_angles| Euler angles]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Eric_Laithwaite| Eric Laithwaite]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Gyro_monorail| Gyro monorail]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Gyrocar| Gyrocar]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscopic_exercise_tool| Gyroscopic exercise tool]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_navigation_system| Inertial navigation system]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Momentum_wheel| Momentum wheel]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Precession| Precession]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Rifling| Rifling]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Segway| Segway]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Top| Top]
== مطالعات بیشتر ==
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Felix_Klein| Felix Klein] and [http://en.wikipedia.org/wiki/Arnold_Sommerfeld| Arnold Sommerfeld], "''Über die Theorie des Kreisels''" (Tr. , About the theory of the gyroscope). Leipzig, Berlin, B.G. Teubner, 1898–1914. 4 v. illus. 25 cm.
* Audin, M. ''Spinning Tops: A Course on Integrable Systems''. New York: Cambridge University Press, 1996.
| 