Gyroskooppi

Gyroskooppi on nopeasti pyörivä pyörä, joka on ripustettu kardaanisen rengassysteemin sisälle, siten että ripustuksen kääntäminen ei käännä pyörää. Pyörimismäärän säilymisen vuoksi pyörä säilyttää asentonsa. Gyroskooppeja käytetään asennon mittaamiseen ja asennon vakauttamiseen. Myös muulla tavalla toteutettuja laitteita kutsutaan gyroskoopeiksi.

Naulan päällä pyörivä gyroskooppi

Sen keksi ranskalainen heiluristaan tunnettu fyysikko Léon Foucault vuonna 1852.

Käyttö

Foucault kehitti gyroskoopilla keinon todistaa maan pyöriminen. Gyroskooppia käytetään myös laivojen keinumisen vaimentimien ohjaamiseen. Gyroskooppi tunnistaa laivan keinumisen ja ohjaa vakautuseviä niin, että keinuminen vaimenee. Nopean pyörähdyksensä ja pyörähdysmomentin säilymisen ansioista sen akselin suunta avaruudessa säilyy.

Gyroskooppeja käytetään muun muassa hyrräkompasseissa, gyroteodoliiteissa, uusissa älypuhelimissa, sekä Nintendon Nintendo 3DS:ssä. Inertianavigointilaitteet eivät olisi mahdollisia ilman gyroskooppeja - niiden avulla laite tunnistaa asentonsa.

Gyroskoopin toimintaperiaate

Perinteisen gyroskoopin toimintaperiaate

Gyroskoopin toiminta perustuu liikkeen säilymisen lakiin. Massallisten kappaleiden liikenopeuden ja -suunnan muutosta vastustaa massan hitaus. Myös kappaleiden pyörimisliike pyrkii säilymään. Hyrräliikkeestä sekä muista mekaanisen liikkeen ominaisuuksista löytyy lisää tietoa mekaniikan ja dynamiikan oppikirjoista, kyseessä ei ole mikään painovoimaa vastustava ilmiö. Ellei tasapainottelevalla leluhyrrällä olisi tukipistettä, ei se pystyisi estämään itseään kaatumasta.

Kun pyörivää kappaletta (esimerkiksi hyrrää) kallistetaan, se kääntyy ympäri akselia, joka on kohtisuorassa kallistusakselia vasten. Nämä kulmat voidaan yhdistää muistisääntöön, jossa nostetaan oikean, nyrkkiin puristetun käden peukalo ylös esittämään hyrrän pyörimisakselia. Kun etusormella osoitetaan eteenpäin ja keskisormella vasemmalle, kuvaa etusormi sitä akselia, jonka ympäri hyrrää kääntämällä se kääntyy keskisormen osoittaman akselin ympäri.

Polku- ja moottoripyörien pystyssä pysyminen selitetään usein hyrräliikkeen ansioksi: pyörivä pyörä pyrkii kääntymään kallistuksen vastaiseen suuntaan ja pitämään täten kulkuneuvoa pystyssä. Hyrrävoiman osuus pystyssä pysymiseen ei ole kuitenkaan merkittävä. Tutkimuksissa hyrrävoima on voitu kumota tai kääntää päinvastaiseksi ja polkupyörä pysyy silti hyvin pystyssä.

Muita gyroskooppeja

Nykyisin käytetään myös niin sanottuja lasergyroja eli lasergyroskooppeja, joissa laservalo kulkee kahdessa vastakkaisessa suunnassa. Kuituoptisissa gyroskoopeissa puolestaan tarkkaillaan valon kulkua eri suuntiin kuitusilmukassa.

Aiheesta muualla

• Rotationsapparat, Nordisk familjebok, Uggleupplagan. Osa 23. Nordisk familjeboks förlag 1916 (ruotsiksi)