- γυροσκόπιο
- Στερεό που μπορεί να περιστρέφεται γρήγορα γύρω από έναν άξονα, ο οποίος διέρχεται από το κέντρο βάρους του. Το στερεό είναι επίσης συμμετρικό εκ περιστροφής γύρω από τον άξονα αυτό.
Μία συνηθισμένη συσκευή γ. είναι αυτή στην οποία ο σφόνδυλος του γ. σε ηρεμία έχει αδιάφορη ισορροπία. Όταν στους δακτυλίους της ανάρτησης Καρντάνο εφαρμόσουμε διάφορες δυνάμεις, αυτές προκαλούν εύκολα αλλαγές προσανατολισμού στον άξονα του σφονδύλου. Όταν, αντίθετα, ο σφόνδυλος περιστρέφεται γρήγορα, τα αποτελέσματα των δυνάμεων αυτών είναι τελείως διαφορετικά.
Για μία απλή έρευνα της δυναμικής συμπεριφοράς του γ. κάτω από αυτές τις συνθήκες, θεωρούμε ότι ο άξονας περιστροφής του σφονδύλου συμπίπτει με την κατακόρυφο. Αν, τώρα, εφαρμοστεί ένα ζεύγος δυνάμεων που τείνει να κλίνει τον άξονα περιστροφής του σφονδύλου, υποχρεώνοντάς τον να περιστραφεί στο μεσημβρινό επίπεδο, παρατηρείται ότι αντίθετα ο άξονας κλίνει σε ένα επίπεδο κάθετο προς το μεσημβρινό.
Για να εξηγήσουμε αυτή τη φαινομενικά ανώμαλη συμπεριφορά, είναι σκόπιμο να παραστήσουμε τη γωνιακή ταχύτητα της περιστροφής του σφονδύλου γύρω από τον άξονα συμμετρίας του με ένα διάνυσμα  που διευθύνεται κατά μήκος αυτού του άξονα OZ. Είναι φανερό τότε ότι αν εφαρμόσουμε ένα ζεύγος δυνάμεων ροπής, το οποίο θα τείνει να περιστρέψει το σύστημα γύρω από έναν άξονα ΟΥ κάθετο προς τον άξονα του σφονδύλου με γωνιακή ταχύτητα , η συνισταμένη γωνιακή ταχύτητα περιστροφήςλαμβάνεται, αν προσθέσουμε διανυσματικά την και την. Συνεπώς ο άξονας περιστροφής θα μετακινηθεί ωσότου συμπέσει με την , εκτελώντας έτσι μία περιστροφή γύρω από τον άξονα ΟΧ κάθετο στο επίπεδο OYZ.
Επειδή η ανάρτηση του σφονδύλου είναι κατασκευασμένη έτσι ώστε ο άξονας ΟΥ να συνδέεται σταθερά με τον άξονα OZ και συνεπώς μένει πάντα κάθετος προς αυτόν και εφόσον διατηρείται ένα ζεύγος δυνάμεων ροπήςπου διευθύνεται κατά μήκος του ΟΥ, όλο το σύστημα συνεχίζει να περιστρέφεται γύρω από τον ΟΧ, ή με άλλα λόγια ο άξονας περιστροφής OZ ακολουθεί το διάνυσμα, που παριστάνει τη ροπή του εφαρμοζόμενου ζεύγους. Η κίνηση αυτή ονομάζεται μετάπτωση.
Ένα παράδειγμα των προηγουμένων μπορούμε να έχουμε, αν παρατηρήσουμε πώς περιστρέφεται (διαγράφοντας κατά προσέγγιση έναν κώνο) ο άξονας μιας σβούρας. Δεδομένου ότι η δύναμη που καθορίζει τη μετάπτωση είναι το βάρος Ρ της σβούρας (το οποίο στην περίπτωση της εικόνας βρίσκεται στο επίπεδο του σχεδίου) και εφόσον λαμβάνεται υπόψη η φορά της περιστροφής αυτής, κατά την κίνηση της μετάπτωσης ο άξονας της σβούρας, όταν εξετάζεται από πάνω, περιστρέφεται κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού.
Τα γ. είναι συνήθως ενωμένα για να σχηματίζουν πιο σύνθετα συστήματα (τα οποία ονομάζονται γυροσκοπικά) και έχουν πολλές εφαρμογές. Αναφέρουμε παρακάτω την αρχή λειτουργίας δύο περιπτώσεων.
γυροσκοπική πυξίδα.Ένα γυροσκοπικό σύστημα με άξονα στο επίπεδο του γήινου παράλληλου· εξαιτίας της γήινης περιστροφής, ο άξονας αυτός φέρεται στο επίπεδο του μεσημβρινού και παραμένει εκεί· έτσι προσανατολίζεται πάντα προς τον γεωγραφικό βορρά.
γυροσκοπικός σταθερωτής.Αν σε ένα εγκάρσιο επίπεδο, για παράδειγμα ενός πλοίου, τοποθετήσουμε μία ανάρτηση που να μπορεί να περιστραφεί γύρω από έναν άξονα, η οποία να φέρει ένα γ., με κατακόρυφο άξονα και αν ένας σύνδεσμος, σταθερά συνδεδεμένος με την ανάρτηση, επιτρέπει σε έναν κινητήρα, που ονομάζεται κινητήρας μετάπτωσης, να υποχρεώνει τον άξονα του γ. να κάνει ταλαντώσεις στο διάμηκες επίπεδο του πλοίου, τότε δημιουργείται μία αντίδραση στο επίπεδο αυτό, που τείνει να γείρει το σκάφος κατά τη μία ή την άλλη έννοια, ανάλογα με τη φορά περιστροφής του κινητήρα. Ένα δεύτερο γ. με οριζόντιο άξονα φέρεται από μία ανάρτηση ελεύθερη να μετακινηθεί λίγο στο ανώτερο άκρο της ως προς το πλοίο. Όταν αυτό κλυδωνίζεται, ανοίγουν και κλείνουν κατάλληλα, διαμέσου επαφών στο κινητό άκρο, τα κυκλώματα που κατευθύνουν τις αναστροφές κίνησης του κινητήρα μετάπτωσης με τρόπο ώστε ο γυροσκοπικός σταθερωτής να αντιστέκεται ικανοποιητικά στους κλυδωνισμούς του πλοίου.
Γυροσκόπιο με ανάρτηση Καρντάνο του Μπονενμπέργκερ.
* * *το1. συσκευή που επινοήθηκε το 1852 από τον Φουκό για άμεση απόδειξη τής ημερήσιας περιστροφής τής Γης2. η συσκευή με άξονα περιστροφής ο οποίος καθορίζει σταθερή διεύθυνση στον χώρο και χρησιμοποιείται στη ναυσιπλοΐα και αεροπλοΐα χωρίς να επηρεάζεται από γειτονικά ηλεκτρικά ή μαγνητικά πεδία.
Dictionary of Greek. 2013.