الجيروسكوب (المدوار)

الجيروسكوب (المدوار)

هو آلة مصنوعة من عجلة دوارة سريعة تدور بحرية داخل إطار، ويستخدم هذا الجهاز لاكتشاف انحراف الجسم عن الاتجاه المطلوب.

آلية عمل الجيروسكوب

تختلف طريقة عمل الجيروسكوب، حيث يُمكن لهذا الجهاز التحرك حول محور الدوران بعدة طرق، أو الحفاظ على توازنه على الإصبع أو الخيط، أو تحدي الجاذبية بظاهرة تعرف بالاستباقية، فمثلًا في حال تدوير الجيروسكوب حول محول دورانه فإنه سيدور بزاوية قائمة مع محور القوة ويتفاعل مع هذه القوة على امتداد محور عامودي على قوة الإدخال، وعند تطبيق القوة على المحور سيتحرك الجزء العلوي من الجيروسكوب باتجاه اليسار بينما الجزء السفلي منه فسيتحرك إلى اليمين.

أما في حال كان الجيروسكوب ساكنًا ولا يدور ستتخبط العجلة، ويرجع السبب في ذلك أن أجزاء الجيروسكوب تتأثر بالقوة الممارسة على المحور وذلك بحسب نص قانون نيوتن الأول الذي يُشير بأنه الجسم المتحرك سيظل متحركًا بنفس سرعته وبخط مستقيم ما لم تؤثر به قوة غير متزنة، ونتيجة تأثر الجهاز بالقوة سيستمر الجزء العلوي بالتحرك لليسار لكنه سيتأثر بالدوران أيضًا والذي يجعله يستدير، والأمر ذاته ينطبق على الجزء العلوي الذي يتحرك لليمين، وهذا هو تأثير الاستباقية التي هي ترجمة وتطبيق عملي لقوانين الفيزياء حيث إن أجزاء الجيروسكوب عند استقبالها للقوى في نقطة مشتركة ستدور باتجاه مواقع مختلفة، ف يدور القسم في الجزء العلوي من الدوران بمعدل 90 درجة إلى الجانب ويستمر بمحاولة التحرك لليسار، تمامًا كالقسم السفلي من الدوران الذي يدور بمعدل 90 درجة إلى الجانب ويستمر بمحاولة التحرك لليمين، وينتج عن هذه القوى دوران العجلة باتجاه الحركة الاستباقية، وعندما تستمر النقاط المحددة في الدوران 90 درجة أخرى ستُلغى بالنهاية حركاتها الأصلية.

استخدامات الجيروسكوب

تستخدم الجيروسكوبات في العديد من المجالات الحياتية المتقدمة، وأبرزها الآتية:

• البوصلات .
• الطيران التلقائي على السفن والطائرات.
• آليات توجيه الطوربيدات.
• نظم التوجيه الذاتي المثبت في الفضاء في مركبات الإطلاق، وتدوير الأقمار الصناعية في مدارات مختلفة، والصواريخ البالستية.

أنواع الجيروسكوبات

توجد أنواع عدة للجيروسكوبات، ومنها الآتية:

الجيروسكوبات الميكانيكية

تعرف بالكلاسيكية وتعتمد مبدأ الزخم الزاوي للدوار، والذي يُحافظ على موقفه وحجمه وثباته غير العادي حتى عندما تم إمالة مجموعة gimbal، ومثال عليه عجلة الغزل التي تحافظ على اتجاهها الأصلي في الفضاء رغم دوران الأرض، وقد طُورّت البوصلة الجيروسكوبية على يد العالم الألماني هيرمان أنشوتز واستخدمها في الغاطسة، وتلاه استخدام الجيروسكوب الميكانيكي في الطيار الآلي لضمان حفاظ الطائرات على مسارها، ومن بعده استخدم في السفن، وفي الأفق الصطناعي للطائرات.

الجيروسكوبات أوتوماتيكية التوجيه

استخدمت الجيروسكوبات أوتوماتيكية التوجيه لتصحيح حركة الدوران والانعطاف في الصواريخ الجوالة والصواريخ الباليستية الألمانية المستخدمة في الحرب العالمية الثانية ، كما طُور منظار للقنابل (bombsights) ولرادار الهوائيات على السفن، ولمنصات حمل السلاح وغيرها.

الجيروسكوبات الضوئية

الجيروسكوبات الضوئية فارغة تقريبًا من الأجزاء المتحركة، واستخدمت في الصواريخ الداعمة والطائرات التجارية والأقمار الصناعية التي تدور في مدارات، ومن جهة أخرى تقوم هذه الآلات على تقنية سانياك (Sagnac) نسبة للعالم الفرنسي سانياك، حيث يُقسم شعاع ضوئي يتحرك جزء منه في اتجاه عقارب الساعة وجزء آخر عكس اتجاه عقارب الساعة حول منصة دوارة وينتقلان داخل حلقة مغلقة لكن تعود الحزمة التي تتحرك باتجاه الدوران لنقطة الأصل قليلاً بعد انتقال الحزمة الأخرى التي تدور عكس الدوران، ومن هنا اكتشف التداخل الهامشي الذي يعتمد بشكل أساسي على معدل دوران القرص الدوار بدقة كبيرة.