Büyüleyici Makine Mekanik Jiroskop ve Presesyon
--
Jiroskop, açısal hızı ve yönelimi ölçmek için kullanılan bir cihazdır. Piyasada birçok türü bulunur: Mekanik, FOG, RLG, MEMS, HRG, DTG… Telefon, araba, savunma sanayide uçak, helikopter, füzede, robotlarda; açısal hızın veya yönelimin bulunması gereken her yerde kesin kullanılması gereken bir araçtır.
Belki görmüşsünüzdür, belki de ilk defa göreceksiniz. Mekanik Jiroskop etrafında döndüğünde insanı cezbeden ve kendi dönme eksenini sabit tutan mistik bir çarktır. Mantığını idrak etmesi biraz zor olsa da, anladıktan sonra vay anasını dedirten bir şeydir.
Mekanik Jiroskop rotor, gimbal halkaları ve dış çerçeveden oluşur. Gimbal halkaları 2 veya 3 tane olabilir. Buradakine iç ve dış gimbal halkası denir. Rotora aynı zamanda tekerlek de denebilir. İç/Dış Gimbal halkalarına, yalpa halkaları da denir. Bunlar roll, pitch, yaw oluşmasında görev alırlar.
Jiroskopun iki temel özelliği vardır:
1- Rijitlik : Jiroskopun her nerede olursa olsun, sallandığında veya döndürüldüğünde bile, dönme eksenini bozmama eğilimine ve dönme eğilimini korumasına denir. Jiroskopa ne yaparsanız yapın dünyanın neresine götürürseniz götürün aynı eksende kalacaktır.
2- Presesyon (Precession, devinim) : Rotora bir dış kuvvet uygulandığında, jiroskop kuvvet yönünde değil, uygulanan kuvvete dik bir yönde hareket eder.
Presesyonu anlaması çok zordur bu yüzden tam dikkatle okuyun.
jiroskopa tork uygulandığı zaman, jiroskopta var olan açısal momentum, torkun gidişatı yönünde bir yol izleyecektir.
Üstteki tabloyu anlamaya çalışın. Mesela sabit açısal hızla dönen bir tekerleğiniz var, bunun sağ el kuralıyla kavrayın. Bu cismin sabit bir açısal momentumu (L) var. Eğer siz bu tekerleğin açısal hızını arttırmak isterseniz üzerine aynı yönde tork (T) uygularsınız. Uygulanan tork, açısal momentumun şiddetini arttıracak, yani dönmesini arttıracak ve daha hızlı bir şekilde dönecektir.
Şimdi jiroskopa geri dönelim. Bu sefer çubuklu bir tekerlek var ve bunu çubuğun ucundan iple tavana asıyoruz.
- Tekerleğin başlangıçta bir dönüşü yani açısal momentumu var ve bunu şekilde sola doğru “L” şeklinde görürüz.
- Tekerin kendi ağırlığından (Mg) dolayı ipten RxF yaparsak T şeklinde bir tork oluşacağını ve bunun yönünün ekrandan içeri doğru olacağını görürüz.
- Üstten görünüşte solda L ve aşağıda T var. Kural diyor ki açısal momentum her zaman torku takip edecektir. Bunu uygularsak L’ yeni açısal momentumumuz olur. Böylece teker saatin tersi yönünde, şekilde kesikli çizgilerle gözüken eksende presesyon hareketi yapmış olur.
Açısal momentumun torku neden takip ettiği bellidir çünkü tork sayesinde açısal momentum oluşur. Eski açısal momentum ve torktan dolayı oluşan açısal momentum vektörel olarak birleşir, yeni açısal momentum (L’) oluşur, tekerin kesikli çizgide dönmesini sağlar.
Bu tekerlek örneğinde, L ve T her zaman birbirine dik kalacaktır. Bu da sürtünmeden dolayı L tükenene kadar tekerin kesikli çizgili eksende hareketine sebebiyet verecektir. Bilmeyen biri için sihir gibi dursa da, bilen biri için de bir o kadar ilgi çekicidir.
Presesyon dünyamızda da mevcuttur, yıldızlarda da vardır. Muhteşem bir fizik kuralıdır ve bizlere gezegenlerin hareketi, mevsimler, takımyıldızlarının görünümleri hakkında bayağı bir bilgi verir.
Presesyonu daha iyi anlamak için aşağıdaki videoyu izleyebilir ve Walter Lewin’in Gyroscope videosuna bakabilirsiniz.
