Gyroskop

Eit gyroskop eller ein gyro er ei enkel innretning som demonstrerer prinsippet om bevaring av rørslemengd (tregleik) innanfor fysikken ved hjelp av ein lekam som roterer om sin eigen akse.

Gyroskopisk presesjonsrørsle

Foucaults gyroskop frå 1852

Skildring

Eit gyroskop består av eit balansert, masserikt og rundt hjul som er festa på ein aksling som igjen er festa med to dreielager i ei ytre rame. Når hjulet roterer hurtig har det vorte tilført relativt mykje energi. Med systemet (altså rama med lagera) heldt i ro oppstår berre særs svake kreftar mellom rama og festa (bordplate, eit fingerpar osb.). Desse små kreftene stammar hovudsakleg frå lagerfriksjon, luftmotstand mot rotasjonen, og dessutan jordrotasjonen. Viss vinkelen til akslingen i rommet blir forandra med makt vil likevel rotasjonsenergien utløyse krefter av ein heilt annan storleiksorden enn nettopp nemnt. Kreftene motset seg likevel denne vinkelforandringa på ein ikkje heilt intuitiv måte: Krafta oppstår i rett vinkel til endringa av romvinkelen. Styrken til krafta er proporsjonal til storleiken av vinkelendringa og rotasjonsfarten.

Gyroskopet er òg eit leiketøy der rotasjonen tilførast ved å trekkje ut ei oppvikla snor på akslingen, med stor kraft.

Ved pressesjonsrørsle som på illustrasjonen bidreg den kontinuerlege vinkelendringa av aksen til den krafta som held systemet skrått, men likevel balansert mot tyngdekrafta. Det er ikkje lett å forstå alle kreftar som er i spel her, men dei kjem av tregleikslovene; energien til heile systemet er konstant (bortsedd frå verknaden til friksjonen over lang tid).

Nemninga «gyrostat» blir helst brukt når gyroskopet er montert i eit lukka hus. Ordet vart først teke i bruk av Lord Kelvin, som òg gjorde ei rekkje undersøkingar av eigenskapane til apparatet.

Historie og bruk

Gyroskopet vart oppfunne av Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger i 1817 og namngjeve av Jean Bernard Léon Foucault i 1852. Ordet gyroskop er sett saman av gresk gyros, 'sirkel, krinsløp') og -skop, frå gresk skopein, 'sjå, granske'.

Eit gyroskop kan brukast til å halde fast ein lekam i ei særskild orientering.

I fleire skytevåpen er eit spiralforma spor frest inn i løpet. Dette tvingar prosjektilet til å rotere hurtig om sin eigen akse inni løpet og på ferda si etterpå. Dei gyroskopiske kreftene held retninga til prosjektilet langt meir stabil i banen enn utan rotasjonen. Nemninga «rifle» stammar frå spiralsporet i løpet. Gyroeffekten vert òg nytta ved tennis, bordtennis og ballkast i amerikansk fotball.

Ved Norsk Teknisk Museum og fleire vitensenter, som Vitensenteret i Trondheim og VilVite i Bergen, blir gyroeffekten illustrert med eit hjul som har handtak montert på lagera. Han som held i handtakene når hjula dreier vil kjenne at det er tungt å endre akseretninga. Reaksjonskrafta frå ein slik retningsendring vil som nemnt ikkje skje mot endringsretinga, men 90 grader på han. Eit laust, dreiande sykkelhjul heldt fast i akslingen med hendene vil oppvise tilsvarande kreftar ved retningsendring. Likevel er gyroskopkreftene ikkje del av køyrestabilteten til ein sykkel.

Gyrokompass

Eit gyrokompass er i prinsippet ikkje ulikt frå eit vanleg gyroskop. Likevel er det tilføydd raffinerte tekniske løysingar for optimalisering for formålet: Lagera har svært liten friksjon og rotoren med indre opphenging/lager er plassert i vakuum. Rotoren er drive av ein elektrisk motor for kontinuerleg rotasjon og omdreiingstalet er særs høgt for å oppnå solide krefter ved retningsendring. Gyroskopet er så opphengt i ytre lager og bøylar slik at rotoren fritt kan peike i alle himmelretningar. Desse ytre lagera er gjevne noko viskøs friksjon som forbrukar litt energi ved orienteringsendringar.

Når gyrokompasset er kome i gang tek det ikkje så lang tid før rotasjonsaksen stiller seg nøyaktig i nord-sør-retning. Det er den einaste retninga som ikkje fører til vinkelendringar i løpet av døgnet. Andre retningar vil medføre vinkelendringar på grunn av jordrotasjonen og dei kreftane som då oppstår verkar til å flytte peikeretninga til rotoren i retning av nord-sør-aksen til jorda. Den viskøse friksjonen mot orienteringsendringar kortar ned innstillingstida. Slik unngår gyrokompasset misvising, i motsetnad til det magnetiske kompasset.

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Gyroskop» frå Wikipedia på bokmål, den 3. mai 2013.