ویکی‌پدیا

ژیروسکوپ: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
خنثی‌سازی ویرایش 23885854 توسط Microdesigner (بحث): محتوای تبلیغاتی
برچسب: خنثی‌سازی
FreshmanBot (بحث | مشارکت‌ها)
ربات‌ها
۱۳۳٬۲۴۲ ویرایش‌ها
جز اصلاح فاصله مجازی + اصلاح نویسه با استفاده از AWB
خط ۴:
'''چرخش‌نما'''<ref>"فرهنگستان زبان و ادب فارسی". 1396. Persianacademy.Ir. Accessed December 21 2017. http://www.persianacademy.ir/fa/word/.</ref> یا '''ژیروسکوپ''' چرخ دوّار و پُرسرعتی است که وزن آن بر محور حلقهٔ بیرونی متمرکز است و می‌تواند آزادانه عمود بر صفحهٔ دَوَران در یک یا چند راستا بچرخد.
 
چرخش‌نما وسیله‌ای برای اندازه‌گیری یا حفظ جهت می‌باشد که از [[اصل بقای تکانه زاویه‌ای|اصل بقای تکانهٔ زاویه‌ای]] استفاده می‌کند.<ref>"[http://demonstrations.wolfram.com/Gyroscope/ Gyroscope]" by Sándor Kabai, [[Wolfram Demonstrations Project]].</ref> یک چرخش‌نمای مکانیکی همیشه یک چرخ یا دیسک چرخنده با محور آزاد دارد که می‌تواند در هر جهتی قرار گیرد. رفتار یک چرخش‌نمای مکانیکی نشان دهندهٔ [[پایستگی]] ویژگی‌های تکانهٔ زاویه‌ای (مقدار انرژی جنبشی و جهت آن به عنوان یک مقدار برداری) است. تغییر این جهت گیریجهت‌گیری بر اثر گشتاور خارجی بسیار ناچیز است. این به دلیل همان زاویه‌ای بزرگ خود به همراه نرخ زیاد چرخش آن است. چون گشتاور خارجی توسط نگاه داشتن وسیله در یک حلقه کمینه می‌شود جهت آن تقریباً ثابت می‌ماند، صرفنظر از اینکه سطحی که وسیله روی آن قرار گرفته چقدر حرکت می‌کند. چرخش‌نماهای با فناوری حالت جامد هم وجود دارند مانند ژیروسکوپ‌های حلقهٔ لیزری، و ژیروسکوپ‌های [[فیبر نوری]].
 
کاربردهای چرخش‌نما شامل هدایت، زمانی که قطب‌های مغناطیسی کار نمی‌کنند (مانند موقعیت تلسکوپ هابل) یا به اندازهٔ کافی دقیق نیستند (مثل [[:en:ICBM|ICBM]]) یا برای پایدارسازی ماشین‌های پرنده مثل هلیکوپترهای هدایت شونده توسط رادیو یا [[:en:UAV|UAV]]ها می‌باشد. به دلیل دقت بالاتر، ژیروسکوپ‌ها همچنین در حفظ جهت در معدن کاری تونل‌ها هم به کار می‌روند.<ref>[http://discovermagazine.com/2009/may/20-things-you-didnt-know-about-tunnels Discover magazine] 20 things you didn't know about tunnels (Number 8).</ref>
در تلفن‌های همراه نیز ژیروسکوپ کاربرد دارد وتحت عنوان چرخش خودکارصفحه (screen rotation) می‌توان آن را فعال کرد
 
حسگر چرخش‌نما در تلفن‌های همراه را ممکن است با حسگر شتاب‌سنج یکسان بدانند اما در حقیقت کار این دو با هم تفاوت دارد. حسگر شتاب سنج ماهیت الکتریکی دارد اما حسگر چرخش‌نما بر پایه مکانیک می‌باشد. این حسگر بوسیله چرخش دو حلقه و چگونگی قرار گیریقرارگیری و حرکت آنهاآن‌ها قابلیت تشخیص چرخش را ایجاد می‌کند.<ref>{{یادکرد وب|نویسنده =روح‌الله صابری|نشانی = http://tech24.ir/what-is-gyroscope-sensor.html |عنوان = حسگر ژیروسکوپ (Gyroscope Sensor) چیست؟ | ناشر = مجله تکنولوژی تک24 |تاریخ = 17 آبان 1394 |تاریخ بازدید = 18 آبان 1394}}</ref>
 
== توصیف و نمودار ==
[[پرونده:Gyroscope wheel-text.png|بندانگشتی|200px|چپ|دیاگرام یک چرخ ژیروسکوپ. عکس العمل نیروها در راستای محور خروجی با رنگ آبی نشان داده شده‌است.]]
در وسایل و سامانه‌های مکانیکی یک چرخش‌نما معمولی دارای ساختاری شامل یک روتور که برای چرخیدن به یک محور متصل شده‌است، ژورنال‌های روتور بر روی یک حلقه یا حلقه داخلی نصب شده، و حلقه داخلی برای نوسان بر روی یک حلقه خارجی که خود برای نوسان نسبت به یک تکیه گاهتکیه‌گاه وصل شده‌است نصب شده‌است. حلقه یا حلقه خارجی همچنین برای لولا بودن به دور یک محور که بر روی صفحهٔ خودش که توسط تکیه گاهتکیه‌گاه مشخص می‌شود نصب می‌گردد. حلقه خارجی یک درجه آزادی چرخش دارد و محورش هم هیچ آزادی ندارد. حلقه داخلی به طوریبه‌طوری بر روی حلقه خارجی نصب می‌شود که بر روی یک محور در صفحه خودش که همیشه بر محور حلقه خارجی عمود است لولا می‌شود.
 
[[پرونده:Gyroscope wheel animation.gif|بندانگشتی|200px|چپ|تصویری متحرک از یک چرخش‌نما]]
خط ۲۲:
یک [[:w:en:Flywheel|flywheel]] ژیروسکوپ می‌چرخد 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 اندازه‌گیری زاویه در راستای سه محور مختصات (غلت و تاب و انحراف سمت) در یک فضاپیما یا هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرند.
 
مرکز جرم چرخانه می‌تواند در یک موقعیت ثابت باشد. چرخانه به صورت همزمانهم‌زمان 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 به‌طور 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 ([[:w:en:Control moment gyroscope|CMG]]) مثالی از یک وسیله با حلقه خارجی ثابت است که بر روی هواپیما با هدف تأمین یا نگهداری یک زاویهٔ وضعیت مناسب یا جهت را با استفاده از نیروی مقاومت چرخش‌نما استفاده می‌کند.
 
خط ۳۲:
اگرچه این آزمایش به دلیل وجود [[اصطکاک]] ناموفق بود. در واقع اصطکاک زمان هر دور را به ۸ تا ۱۰ دقیقه محدود می‌کرد که زمان بسیار کوتاهی برای مشاهدهٔ یک حرکت قابل توجه بود.
 
در سال‌های دهه ۱۹۶۰ موتورهای الکتریکی این مفهوم را امکان‌پذیر کردند و این به ساخته شدن اولین نمونه‌های قطب‌نماهای ژیروسکوپی انجامید. اولین قطب‌نمای ژیروسکوپی در سال ۱۹۰۸ توسط مخترع آلمانی [//en.wikipedia.org/wiki/Hermann_Anschütz-Kaempfe| HermannAnschutz-Kaempfe] معرفی شد. کمی بعد در همان سال[//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 [//en.wikipedia.org/wiki/Sperry_Gyroscope_Company| Sperry Gyroscope] به زودی فعالیت خود را به ساخت پایدار کنندهایپایدارکنندهای هواپیماها و کشتی‌ها هم توسعه داد و سایر سازندگان چرخش‌نما هم به این کار پرداختند.<ref>MacKenzie, Donald. ''Inventing Accuracy: A Historical Sociology of Nuclear Missile Guidance''. Cambridge: MIT Press, 1990. pp. 31–40. 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 آمریکایی شناخته می‌شود.
 
ژیروسکوپ‌های [//en.wikipedia.org/wiki/Microelectromechanical_systems| MEMS] ایده پاندول‌های Foucault را گرفته و از یک عنصر ارتعاش دهنده به نام[[Micro Electro Mechanical System]] استفاده می‌کنند. ژیروسکوپ‌های بر پایهٔ MEMS اولین بار توسط [[System Donner Inertial SDI]] به‌طور عملی و قابل تولید ساخته شد. امروزه SDI یک تولید کنندهٔتولیدکنندهٔ بزرگ ژیروسکوپ‌های MEMS است.
 
در اولین دهه‌های قرن بیستم، 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 اندازه‌گیری دقیق شتاب امکان‌پذیر باشد (به منظور رفع نیاز برای رویت ستارگان برای محاسبهٔ موقعیت) استفاده کنند. اصول مشابهی بعداً در ساخت سیستم‌های [//en.wikipedia.org/wiki/Inertial_guidance_system| inertial guidance] برای موشک‌های بالستیک مورد استفاده قرار گرفت.<ref>MacKenzie, pp. 40–42.</ref>
خط ۴۰:
== ویژگی‌ها ==
[[پرونده:Gyroscope operation.gif|بندانگشتی|چپ|یک چرخش‌نما در حال کار که هر سه محور آن آزاد هستند. روتور جهت محور چرخش خود را صرف نظر از جهتگیری فریم خارجی حفظ می‌کند.]]
یک ژیروسکوپ رفتارهایی از جمله [[حرکت تقدیمی]] و [[رقص محوری]] {{به انگلیسی|nutation}} را نشان می‌دهد. ژیروسکوپ‌ها می‌توانند در ساخت قطب‌نماهای ژیروسکوپ که کامل کنندهکامل‌کننده یا جایگزینی برای قطب‌نماهای مغناطیسی در کشتی‌ها، هواپیماها، فضاپیماها و کلاً وسایل حمل و نقل، برای کمک به پایداری در کشتی‌ها، تلوسکوپ فضایی هابل دوچرخه‌ها و موتورها یا به عنوان بخشی از یک سیستم inertial guidance مورد استفاده قرار گیرد.
 
اثرات ژیروسکوپ‌ها در [[بومرنگ]]ها و [[یویو]]ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از وسایل چرخندهٔ دیگر مثل [[چرخ طیار]] {{به انگلیسی|flywheel}} هم رفتار ژیروسکوپی دارند اگرچه خاصیت چرخش‌نما آنهاآن‌ها مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.
 
معادله اساسی که رفتار یک چرخش‌نما را توصیف می‌کند به صورت زیر است:
خط ۵۲:
 
[[پرونده:Gyroscope precession.gif|بندانگشتی|Precession on a gyroscope]]
Precession را می‌توان با قرار دادن یک ژیروسکوپ چرخان به طوری کهبه‌طوری‌که در یک طرف است بسته شده باشد و طرف دیگرش تقریباً آزاد باشد و محورش (بدون اصطکاک به طرف precession) بچرخد نشان داد. در این حالت ژیروسکوپ به نظر می‌رسد که بر جاذبه غلبه می‌کند و محورش افقی باقی می‌ماند. زمانی که یک طرف محور آزاد و بی تکیه گاهتکیه‌گاه است و طرف دیگرش به آرامی دایره‌ای را در صفحه‌ای موازی افقی می‌پماید. این پدیده با معادله بالا توضیح داده می‌شود.
 
گشتاور وارد بر ژیروسکوپ از دو منبع تأمین می‌شود. نیروی جاذبه که به‌طور عمود به سمت پایین بر مرکز جرم وارد می‌شود و یک نیروی مساوی به طرف بالا که به طرف تکیه گاهتکیه‌گاه وسیله وارد می‌شود. چرخش ناشی از این گشتاور به سمت پایین نیست تا به طوری کهبه‌طوری‌که احتمالاً مورد انتظار است وسیله به زمین بخورد، در واقع بر آیند اینها عمود بر هر دو گشتاور جاذبه‌ای (افقی و عمود بر محور چرخش) و محور چرخش (افقی و به سمت بالا از محل تکیه گاه) یعنی یه دور یک محور عمودی خواهد بود که موجب می‌شود وسیله به آرامی حول نقطهٔ تکیه گاهش بچرخد. تحت یک اندازهٔ گشتاور ثابت ''τ'' سرعت تغییر جهت، '''Ω'''<sub>P</sub> به صورت معکوس با L متناسب است و نیز با اندازهٔ ممان زاویه‌ای آن:
 
:<math>\tau = \mathit{\Omega}_{\mathrm{P}} L \sin\theta\!</math>
که در آن '''θ'''زاویهٔ بین بردارهای ''L''و''' Ω'''<sub>P</sub> است؛ بنابراین اگر سرعت چرخش ژیروسکوپ کاهش یابد (برای مثال به دلیل اصطکاک) ممان زاویه‌ای آن کاهش پیدا می‌کند و در نتیجهٔ آن نرخ Precession آن افزایش پیدا می‌کند. این تا زمانی که وسیله دیگر قادر به سریع پیچیدن برای حمل وزن خود نیست، زمانی که Precession آن تمام شد و از تکیه گاهش می‌افتد که این اتفاق بیشتر به دلیل این است که اصطکاک مقابل Precession موجب Precession دیگری می‌شود که باعث افتادن وسیله‌است.
 
به صورت معمول این سه بردار گشتاور، چرخش و Precession همگی نسبت به همدیگر با توجه به قانون دست راست جهت گیریجهت‌گیری شده‌اند. برای تعیین راحت جهت اثر ژیروسکوپ به سادگی به خاطر داشته باشید که یک چرخ در حال چرخش وقتی که به گوشه می‌رود به طرف داخل به چرخش در می‌آید.
 
== ژیروستات ==
ژیروستات نوعی دیگر از چرخش‌نما است. اولین ژیروستات توسط لرد کلوین ([//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 پیاده‌رو یا یک دوچرخه یا حلقه بر روی خیابان نشان می‌دهد. این وسیله شامل یک چرخ سنگین است که در داخل یک پوشش جامد قرار گرفته‌است. رفتار این وسیله بر روی یک میز یا اشکال مختلف تعلیق یا تکیه گاهتکیه‌گاه برای نمایش وضعیت‌های خاص بر خلاف قوانین استاتیکی که به دلیل رفتار ژیرواستاتیکی چرخ و نامرئی داخلش وقتی که سریع بچرخد به کار می‌رود.
 
== حق ثبت آمریکا ==
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/ژیروسکوپ»