Önemli İcatlar - Jiroskop

Jiroskoplar uçakları havada, uyduları yörüngesinde ve gemileri rotasında tutan sessiz beyinlerdir. 1910 yılında ''Sperry Gyroscope Company''yi kuran Elmer Sperry, kullanılabilir ilk jiroskopik cihazları üretti.




Şirket gemiler için dengeleyicileri ve pilotlara uçağın yüksekliğini gösteren yapay ufku yarattı. Sperry'nin 1930 yılında ölümüne dek, Sperry şirketleri 400 kadar patentli ürünü, askeri uçaklar, roketler, bombalar, uydular ve uzay araçlarında kullanılmak üzere otomatik navigasyon sistemlerine dönüştürdü. Bugün jiroskoplar robotlara, antilok sistemlerine, otomobillerin gösterge panosundaki navigasyon cihazlarına, uzay mekiğine, Hubble Uzay Teleskobuna, Mars Keşif Aracı'na yön veriyordur.


Jiroskopların bu kadar geniş bir kullanım alanına sahip olması iki prensibe dayanıyor. Jiroskopik eylemsizlik (atalet) ilkesine göre dönmekte olan bir kütle uzayda sabit konumunu korur. Dönen bir jiroskop bir uyduyu her zaman Dünya'ya dönük olarak tutar. Böylece uydu sabit bir konumda olacağı için haberleşme kolaylaşır. Dönmekte olan bir kütle ayrıca, yan yatırma kuvvetine karşı direnç gösterir. 1900'lü yılların ortalarında tonlarca kilo ağırlığında devasa jiroskoplar gemilerin teknesine yerleştiriliyor ve motorlar tarafından döndürülüyordu. Bunlar dalgalara karşın gemilerin düzgün bir şekilde yol almasını sağlıyorlardı.
Presesyon ilkesine göre, fırıldayan bir cisme, dönme ekseni üzerinde olmayan bir kuvvet etkilediğinde, cismin dönme ekseni, kendisiyle kuvvetin oluşturduğu düzleme dik olarak hareket eder. Eğer Kuvvet aynı niteliğini sürdürürse bu hareket dönme ekseninin konik hareketine dönüşür. Bu harekete presesyon denir. Örneğin bir topaç, ekseni eğik olarak fırıldarken kütle merkezini etkileyen yerçekimi kuvveti (ağırlığı) topacı aşağı yatırmaya uğraşırken, presesyon ilkesinden dolayı topacın dönme ekseninin konik bir hareket yapmasına sebep olur. Yatay konumda uçan bir uçağın kanadındaki jiroskop, kanatlar yan yatmaya başlayınca kanat harektine dik açıda hareket eder. Yalpalamayı fark eden cihazlar pilota kanat açısı hakkında bilgi verir. İkinci bir jiroskop uçağın burundan kuyruğa, alçalma veya yükselme açısını gösterir. Hız ölçen akselerometreye bağlandığı zaman jiroskoplar uçağı uçurabilir. Buna otopilot denir.
Jiroskoplar giderek mekanik olma özelliğini yitiriyor. 1980'li yıllarda halka lazer jiroskopları ve fiber-optik jiroskopları daha hassas ve daha küçük oldukları için tercih edildiler. Bunların fiyatı 3.000 ile 4.000 dolar arasında değişiyor. Ayrıca bugünkü minyatür jiroskoplar, malzemelerdeki titreşim değişikliklerini tespit edebiliyorlar. Bunlar diğerleri kadar hassas olmamakla birlikte entegre devreler gibi seri üretilebiliyor ve ucuza mal oluyor -yaklaşık 20 dolar-. Bunların ucuzlaması tüketim mallarında kullanılmasını sağlıyor.
Georgia Institute of Technology'den Farrokh Ayazi tarafından geliştirilen silikon mikro-mekanik tireşimli halka jiroskobunda halka, özgür bir biçimde yüzen, sabit merkezi bir çubuğa bağlı olan bükülmüş destek yayları ile asılı durur. Tahrik elektrotları halkaya elekrostatik kuvvet uygular. Bu da algılayıcı elektrotlar tarafından kontrol edilen vibrasyonlara yol açar. Eğer halka, ekseni etrafında dışarıdan gelen bir kuvvet tarafından döndürülürse, titreşim şekli bozulur. Bu da dönmenin yönü hakkında bilgi verir. Bozulmanın büyüklüğü dönmenin hızını gösterir.

Halka lazer jiroskobunda iki anot ve bir katot tarafından tetiklenen gaz, ters yönlerde, aynı frekansta iki ışık dalgası gönderir. Halka bir dış kuvvet tarafından döndürülürse, dalgalardan biri biraz daha uzağa gider. Bir dedektör sonuçta ortaya çıkan uyumsuzluğu fark eder. Bu da dönme hızını gösterir. Dedektöre giren ışık dalgaları dağınık bir yapı sergiler; bu şekildeki bir değişiklik dönmenin yönünü gösterir. Işınların tek bir frekansta kenetlenmesini önlemek için, titreşim motoru üniteyi titreştirir ve fazlarda ufak da olsa bir değişiklik yaratır.

Dinamik olarak ayarlanan bir jiroskoptaki motor, rulman yataklarındaki demir rotorun sabit bir hızda dönmesini sağlar. Jiroskop bir dış kuvvet tarafından döndürülürse, rotor buna dik açı oluşturarak hareket eder. Bu da sinyal jeneratöründe manyetik alan değişikliklerine neden olur. Değişiklikler dönmenin yönünü ve hızını gösterir. Jeneratör ayrıca, sabit torklu mıknatısların dik açı çizerek oluşan harekete karşı tepki göstermesini sağlar. Böylece rotor, yatağına çarpamadan döner.

Jiroskop

Bir eksen çevresinde ve aynı zamanda birbirine ve bu dönme eksenine dik iki eksenden biri veya her ikisi çevresinde serbestçe dönebilecek biçimde yapılmış bir disk ya da tekerden oluşan düzenek. Jiroskop dönmekteyken, birbirine dik eksenlerden birine uygulanan moment, öbür eksende bir dönme hareketine yol açar ve dolayısıyla tüm düzenek, tekerin dönme eksenini değiştirmeye yönelik bir momente, onun açısal momentiyle orantılı olarak büyük bir direnç gösterir. Bilimsel anlamda ilk jiroskop 19. yüzyılın ortalarında Foucault tarafından yapılmışsa da, çocukların oyuncak olarak kullandıkları topaç da, aslında jiroskopun çalışma ilkesini gösterir. Topacın yeterli bir hızla döndüğünde dik durması, jiroskopik eylemsizliğin belirtisidir. Topacın dönme ekseni, bu eksenin değişmesine karşı direnç gösterir. Kısacası, bir dönme ekseninin değişmesine büyük bir direnç gösteren jiroskoplar, bu özellikleriyle yönü sabit tutmak amacıyla torpil, güdümlü mermi vb. ile sallantıları önlemek için gemilerde yaygın olarak kullanılır. Önceleri dalgaların gemileri sağa sola sallamasını önlemek için teker çapı çok büyük (4 metre) olan jiroskoplar kullanıldı. Bu tür jiroskopların hantal ve kullanışsız olmasından ötürü günümüzde daha çok gemi dışına hidrolik olarak uzanan sallantı kesici metal levhalar ve bu levhalara, sallantıyla bağlantılı olarak komuta sinyalleri gönderen küçük jiroskoplar kullanılır. Jiroskop ayrıca büyük gemilerde pusula olarak da kullanılır. Bu tür pusulalara cayro pusula denir.

MsXLabs.org & MORPA Genel Kültür Ansiklopedisi