Gyroscopes, appareils de danse équilibrés
2007/07/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Il semble que faire du vélo est une compétition contre la gravité, étant sur deux roues, comment ne pas tomber le cycliste? La réponse est la manipulation du guidon. En inclinant le guidon, le cycliste est capable de créer une force centrifuge qui maintient le vélo debout. Mais pas seulement cela, les roues reçoivent un autre effet supplémentaire par simple rotation.
C'est un effet gyroscopique : l'axe d'un corps en rotation tend à ne pas bouger. En poussant l'axe de rotation, celui-ci s'oppose à l'impulsion et celui qui tourne ne change pas de position. Dans le cas du vélo, la gravité tire l'axe des roues vers le bas, mais l'axe est opposé.
Plus elle tourne rapidement, plus l'effet gyroscopique est fort. Et vice versa. Les roues du vélo, par exemple, ne tournent pas très vite, au moins aussi vite que l'effet gyroscopique s'oppose à la gravité. Les roues d'un moteur sont des gyroscopes efficaces. Lorsque le conducteur incline le moteur prend la courbe, mais les deux roues qu'il a au fond ne lui laissent pas tomber.
Tout ce qui tourne
Les roues ne sont pas le seul exemple. Tout ce qui tourne est un gyroscope parce qu'il fonctionne sous l'effet gyroscopique. Une planète, une toupie, une balle ou une gymnaste sur glace. Si vous tournez, il devient un gyroscope.
L'effet gyroscopique est facilement visible sur le disque appelé freesbie, qui, s'il est déclenché, vole sans changer l'orientation de l'axe de rotation. Le vol d'un taureau a le même effet, mais puisqu'il n'a pas de forme de disque et qu'une rotation très asymétrique est déclenchée, il ne vole pas de la même manière. En définitive, l'axe d'un boumeran ne parvient pas à équilibrer totalement la force extérieure et change l'orientation pendant le vol (c'est pourquoi il revient au lanceur, entre autres).
Le mouvement qui effectue l'axe de rotation du Bumerana est appelé en physique: la précession. C'est comme une danse, le gyroscope tourne et tourne à la fois l'axe de rotation. En plus des bumerans, de nombreux gyroscopes réalisent cette danse. Par exemple, l'axe de rotation de la Terre est celui qui a la précession et, pour donner un exemple plus proche, le mouvement de précession est réalisé par un jouet d'enfant, la toupie. Dans tous les exemples, l'axe ne peut pas résister totalement à la force externe et l'orientation de l'axe change en cercle. La précession semble un mouvement qui fuit le contrôle, mais en profite pour profiter des applications les plus intéressantes des gyroscopes.
Précession sous contrôle
Comment contrôler la précession ? Simple, en gardant l'axe. Il suffit de maintenir l'axe fixe ou d'installer le gyroscope dans un système de cardan. (On l'appelle cardan à l'arc tournant dans une direction). En fixant l'axe d'un gyroscope, vous ne pourrez pas suivre la précession. Comme l'axe a tendance à ne pas changer l'orientation, ce qui est maintenu est également maintenu.
Il peut être tout un bateau, avec un très grand gyroscope. Cette idée a été utilisée comme cœur du système anti-emballage des bateaux --et breveté -, XX. le premier quart du XXe siècle. Les vagues induisent les bateaux à se balancer d'un côté et de l'autre, mais à travers un gyroscope géant attaché des deux côtés du casque, l'effet gyroscopique peut réduire ce balancement. Par la suite, d'autres systèmes ont été inventés pour freiner le roulement, basés sur des réservoirs de liquide ou de gaz, qui ont surmonté la nécessité pour le gyroscope géant de tourner. Mais un grand scope stabilise beaucoup le roulement d'un bateau.
Dans un train à une seule voie l'effet est le même. Cependant, en inclinant le train dans les virages, différents systèmes de rotation ont été utilisés pour contrôler l'angle d'inclinaison.
Guides rotatifs
Les géants scopes ont apporté de nouvelles idées à l'industrie des véhicules, qui ont été testés non seulement dans les bateaux et les trains, mais aussi dans d'autres véhicules. Mais le vrai succès a été obtenu par de petits gyroscopes. En raison de leur petite taille, ils ne pouvaient pas être utilisés pour stabiliser l'ensemble du véhicule, mais ils étaient exceptionnels pour guider la navigation. Actuellement, la plupart des systèmes de navigation sont basés sur des gyroscopes.
Le pilote automatique des avions est un bon exemple. L'objectif principal d'un pilote automatique est de maintenir l'avion à l'horizontale et en équilibre par une ligne d'horizon artificielle. Et quoi de mieux qu'un gyroscope pour être le cœur de la ligne artificielle d'horizon?
Lorsque vous tournez, le gyroscope ne change pas l'orientation de l'axe, même quand il est dans un avion. Par conséquent, lorsque l'avion se penche, le gyroscope ne le suit pas. Si au début il était vertical par rapport à la terre, quand l'avion penche sera aussi vertical par rapport à la terre. Vu du lieu du pilote, le scope se déplacera toujours avec la ligne d'horizon. La seule chose que le pilote automatique doit faire est d'actionner le système de navigation pour que l'avion soit toujours aligné avec la gyroscope. C'est-à-dire, le gyroscope informe continuellement le système de l'horizontalité.
Haut et bas
Il est très utile de savoir ce qu'il y a horizontal, quel vertical, où il va "en haut" et où "en bas". Une machine qui le sait ne tombera pas si elle ne transmet pas intentionnellement l'information au système de propulsion.
Un robot à deux pattes ne perdra pas l'équilibre, ni un véhicule moderne appelé segway, dans lequel une personne est au-dessus (même si cela suppose un changement de poids! ). Un satellite artificiel, la station ISS et le télescope Hubble peuvent être réorientés selon les besoins.
En général, tout instrument qui se déplace en trois dimensions bénéficiera d'un système de giroscopes. Les gyroscopes sont utilisés avec des lunettes pour travailler avec la réalité virtuelle. Aussi les contrôleurs de jeux Wii qui ont été mis à la mode, et souris ordinateur Mouse, une souris qui fonctionne sans toucher surface. Tous, et beaucoup d'autres inventions, sont pourvus de gyroscope.
Les véhicules traditionnels ont été les premiers à exploiter des dispositifs rotatifs. Maintenant, véhicules modernes, robots, souris, etc. Il est clair que la «domestication» du gyroscope a supposé une révolution semi-silencieuse dans la technologie. L'homme a beaucoup bénéficié, peut-être parce que l'homme vit dans un grand gyroscope.
