Gülşen YILMAZ

1. Gülşen YILMAZ • 020214007 • Fizik (İ.Ö)

2. Jiroskop Gyroscope

3. Kısaca • Jiroskop kısaca : (İngilizce: Gyroskop), yön ölçümü veya ayarlamasında kullanılan, açısal dengenin korunması ilkesiyle çalışan bir alet. Jiroskopik hareketin temeli fizik kurallarına ve merkezkaç ilkesine dayalıdır. • Alet, dingil üzerinde hareket eden dönen bir tekerlekten ibarettir. Alet dönerken, tekerleğin açısal dengesine göre yönünü düzeltir. • Tekerlek, döndüğü yönde bir dönme hareketi oluşturur. Bu harekete dikey yönde oluşan eksen boyunca birbirine zıt yönde oluşan hareketler , jiroskopik hareket olarak adlandırılır. • Jiroskoplar, yalpalık sistemleri ile birlikte uçaklar, gemiler, silahlar, uzay mekikleri ve benzeri sabit düzlem ve dengeye ihtiyaç duyan sistemlerde kullanılmaktadır.

6. Bu şekiller bir eksene simetrik olan ve eksen üzerinde bulunan sabit noktada hareket eden bir nesnenin ( ya da topacın) hareketini analiz etmek ve ortaya koymakta kullanılır. Bu şekiller özellikle ilgi çekici aygıt olan jiroskopun hareketini incelemede kullanılır. • Nesnenin hareketi Euler açıları , ,  (phi, theta, psi) kullanılarak analiz edilir. Bu açıların nasıl ifade edildiğini örneklerle açıklamak için, Figür a da gösterilen topaç referans alınmıştır. Topaç, O noktasına bağlanmış ve Figür d herhangi bir zaman için gösterilen sabit X,Y,Z eksenlerine bağlı olarak yönlendirilmiştir. Son pozisyonunu tanımlamak için, ikinci bir x,y,z eksen takım setine ihtiyaç duyulacaktır. Tartışmanın amacı, bu referansı topaç üzerinde sabit kabul etmektir. X, Y, Z ve x, y, z eksenlerini uygun olarak alınıp başlayarak, Figür a, topacın son pozisyonunu belirlemek için aşağıdaki üç basamak kullanılır:

7. Topacı Z (ya da z) eksenini bir  açısı ( 0  2) boyunca döndürünüz. Figür b. • Topacı x eksenini bir  açısı ( 0 ) boyunca döndürünüz. Figür c. • Topacı bir z eksenini bir  açısı ( 0  2) boyunca döndürüp final pozisyonunu elde etiniz.. Figür d. • Art arda gelen bu üç açı , , ve , devam ettirilmeli ta ki, sonlu dönüşler vektör olmayana dek. Bu duruma karşın çok küçük dönmeler d, d, ve d vektör olup böylece tepenin açısal hızı  Euler açılarının türevleri şeklinde ifade edilebilir.

8. Daha geniş kapsamlı inceleyecek olursak Jiroskop; iç içe mafsallı üç halka ile, ekseni en içteki halkaya mafsallı döner bir diskten oluşan bir aygıttır. Örneğin "rotor" da denilen diskin dönme mili, x-z düzleminde yatan bir halkaya, z ekseni doğrultusunda bir çap oluşturacak şekilde mafsallıdır. Bu halka; dışındaki, x-y düzleminde yatan ve "mafsallı yatak" ("gimbal") da denilen bir diğer halkaya, x ekseni doğrultusunda mafsallıdır. Nihayet, mafsallı yatak halkası da; jiroskopun y-z düzleminde yatan, keza halka şeklindeki ‘’çerçevesine’’, y ekseni doğrultusunda çap oluşturacak şekilde mafsallıdır. Bu düzeneği ayağından, diyelim bir uçağın zeminine sabitledik ve uçak kalkmadan önce, diske bir miktar dönme açısal momentumu kazandırdık. Sürtünme kayıplarını gözardı edip, diskin sürekli döndüğünü varsayıyoruz.

9. Uçak yol boyunca, doğrusal hızlanma veya yavaşlanmalar dışında, üç çeşit dönme hareketi yapabilir. Bunlardan birincisi, burnunu yukarı kaldırıp aşağıya indirerek x ekseni etrafında dönmek ("pitch"); ikincisi, gövdesini yatayda sağa sola döndürerek z ekseni etrafında dönmek ("roll"); üçüncüsü de, gövdesini sağa veya sola yatırarak y ekseni etrafında dönmek ("yaw"). Jiroskopun özelliği şudur: Tasarımdaki mafsalların sürtünmesiz olduğunu varsaymak kaydıyla, diskin dönme ekseni; uçağın doğrusal ivmelenmelerinden etkilenmediği gibi, x, y, z eksenleri etrafındaki dönmelerinden de etkilenmez. Bunun neden böyle olduğunu , sözkonusu hareketler gerçekleşirken vereceği tepkiler açısından inceleyince görmek mümkündür. Bu şu anlama geliyor: Uçak yolda hangi hareketleri yaparsa yapsın, diskin dönme ekseni, kalkıştan önceki doğrultusunu korur. Eğer bu doğrultu kuzeye doğru idiyse örneğin, böyle tek bir jiroskop, pusula olarak kullanılabilir. Bu amaçla kullanılan bir jiroskopa, "jirokompas" ("gyrocompass") da deniyor. Ancak, jiroskopların seyrüseferde çok daha önemli işlevleri var. Uçak kalkmadan önce, yere göre sabit bir x-y-z koordinat sistemi seçmiş ve üç tane jiroskop alıp, disklerini bu sistemin x, y ve z eksenleri etrafında döndürmüş olalım. Uçak yolda hangi hareketleri yaparsa yapsın, jiroskoplarımız, başlangıçta seçmiş olduğumuz sabit x-y-z koordinat sistemini korur.

10. Jiroskoplar, kalkış öncesinde seçmiş olduğumuz, yere göre sabit olan koordinat sisteminin x, y, z eksenlerinin yönlerini; ivmeölçer düzeneği de, kalkış noktasına göre uçağın konum vektörünü verdiğine göre; uçağın her anki konumunu, yere göre sabit olan x, y, z koordinat sisteminde izlemek mümkündür. Eğer hedefin koordinatları da, bu yere göre sabit olan koordinat sistemine göre verilmişse; uçağın herhangi bir anda bulunduğu konumdan itibaren hedefe doğru izleyebileceği en uygun patika belirlenip, motorları buna göre yönetilebilir. Kalan uçuş süresi hesaplanabilir. Bazı uluslararası uçuşlarda ekrana düşürülen görüntülerde olduğu gibi.. Böyle bir sistemin tamamı, "otomatik pilot sistemi" oluşturur. Gerçi konum belirlemesi artık, "küresel konumlandırma sistemi" ("Global Positioning System, GPS") aracılığıyla çok daha kolay yapılabildiğinden, "ivmeölçer"ler bu amaç için artık kullanılmıyor.

11. KAYNAKLAR • Wikipedia • Gencbilim.com • TEZ – Jiroskop bileşenleri Levent BAŞKUŞ