Navigarea cu giroscop – 1 – Experimente

Mulți oameni au făcut hărți, astfel încât alții să își găsească drumul în jurul uscatului și mărilor Pământului fără a se rătăci. Dacă trebuie să muncim atât de mult ca să ne găsim drumul în jurul suprafeței micii noastre planete, imaginați-vă cât de greu este să navigați în spațiu! Nu numai că nu există drumuri sau indicatoare, dar există trei dimensiuni în care să te pierzi și să te rătăcești, în loc de doar două.

Navigarea este o problemă pe care inginerii au trebuit să o rezolve foarte devreme în cadrul programului spațial. Baza pe care au creat sistemele de navigație a navelor spațiale era aceeași cu ce foloseau marinarii și călătorii pe distanțe lungi de la începuturile umanității: Stelele. Multe tipuri diferite de dispozitive au fost folosite pe nave spațiale pentru a observa obiecte din spațiu, cum ar fi rețeua stelelor sau Soarele, pentru a spune în ce direcție se îndreaptă. Multe dintre aceste dispozitive de referință au o mare inteligență încorporată – de exemplu, unele pot recunoaște automat obiecte bazate pe cataloagele de stele.

În plus față de dispozitivele de urmărire a stelelor, sisteme de referință inerțiale sunt utilizate pentru a menține nava spațială stabilă și pe curs. Unele nave nu fac scanări stelare în mod continuu, așa că, pentru a le menține pe direcție în perioadele dintre scanările stelelor, se folosesc de obicei giroscoape.

Deci, ce este un giroscop?

Ciudățeniile giroscopului

Un giroscop este un dispozitiv foarte simplu care, la prima vedere, pare să aibă proprietăți mistice și magice care sfidează legile fizicii. O roată de bicicletă care se rotește este un giroscop foarte simplu. Ne arată aceleași principii, care se regăsesc în cele mai sofisticate giroscoape mecanice.

Să ne jucăm cu unul și să vedem ce face. Vei avea nevoie pentru aceasta de:

• O roată față de bicicletă cu butuc cu eliberare rapidă, sau
• O roată de bicicletă cu un stunt fixat pe ax (magazinele de biciclete pot vinde așa ceva)
• Coardă rezistentă
• Scaun de bar sau obișnuit pivotant (opțional)
• O pereche (dreapta și stânga) de mănuși de cuptor de utilizat pentru frânare (opțional)

Apropo, în aceste descrieri de experimente, atunci când spunem să țineți roata de bicicletă pe verticală, ne referim la a o ține perpendicular pe sol, așa cum ar fi dacă ați merge pe bicicletă. A o ține orizontal înseamnă a o ține paralel cu solul, așa cum ar fi dacă bicicleta ar fi întinsă pe jos.

ATENȚIE: Mare atenție! Aveți grijă când opriți roata bicicletei din rotire! O poate face o persoană care frânează folosind cele două mănuși de cuptor și așezându-și mâinile pe fiecare parte a roții pentru a o opri.

Experimentul 1:

Fiecare poate încerca:

1. Ține roata vertical de piuliță pe o parte a butucului și de maneta de eliberare rapidă pe cealaltă parte, astfel încât roata să se rotească liber.
2. Înainte de a roti roata,
încearcă să înclini roata
spre stânga și spre dreapta, de la verticală la orizontală. De asemenea, încearcă să o răsucești, menținând-o vertical. Observi vreo rezistență ?
3. Pune pe cineva să imprime roții o rotire bună și puternică.
4. Acum, încearcă din nou să înclini roata folosind aceleași mișcări pe care le-ai folosit înainte. Ce observi acum?

Experimentul 2:

1. Cu o singură mână, ține roata de maneta de eliberare rapidă, orizontal, în fața ta, la lungimea brațului.
2. Încearcă să ridici brațul,
pentru a aduce roata
vertical deasupra capului. Cât de greu este asta?
3. Acum, cu roata înapoi în poziție orizontală în fața ta, pune pe cineva să imprime roții o rotire bună.
4. Acum, încearcă din nou să ridici roata vertical deasupra capului. Cât de greu este acum?

Experimentul 3:

Acesta are nevoie de puțină pregătire.

Cumva, leagă un capăt al corzii în siguranță de tavan, de un căprior sau o structură robustă de deasupra capului (dar nu de un sprinkler de incendiu din tavan!􀀁, Și leagă celălalt capăt al corzii în siguranță la baza piuliței roții. Pentru comoditate, butucul roții trebuie să fie la nivelul ochilor și roata trebuie să aibă suficient spațiu pentru a se balansa liber.

1. Observă poziția roții pe măsură ce atârnă de coardă. Destul de plictisitor, nu? Gravitația doar își face treaba, iar roata se deplasează într-o poziție mai mult sau mai puțin orizontală, în funcție de cât de bine este echilibrată.
2. Ținând butucul de pârghia de eliberare rapidă (în partea de jos acum), plasează roata până la o poziție aproape verticală (dar fără a atinge coarda de care atârnă roata).
3. Acum, pune pe altcineva să imprime roții o rotire bună, apoi dă drumul manetei. Ce se întâmplă?

Experimentul 4:

Încearcă acest experiment dacă dacă ai un scaun de bar sau unul obișnuit pivotant.

1. Așează-te pe scaun cu picioarele atârnând liber sau ridicate de pe podea.
2. Ține roata de bicicletă vertical în fața ta, de piuliță și maneta de eliberare rapidă.
3. Ține-te bine de roată și pune pe cineva să-i imprime roții o bună rotire. Ce se întâmplă?
4. Încearcă să răsucești roata spre dreapta și spre stânga (menținând-o verticală). Ce se întâmplă?

ATENȚIE: Nu coborî prea repede de pe scaun!

1. Experimente
2. Explicații fizice
3. Giroscopul în navigarea spațială
4. Discuții

PDF: https://www.telework.ro/ro/e-books/navigarea-cu-giroscop/

Acest articol a fost scris de Diane Fisher, scriitoare și proiectantă a site-ului web The Space Place la spaceplace.nasa.gov. Alex Novati a făcut ilustrațiile. Articolul a fost furnizat prin amabilitatea Jet Propulsion Laboratory, Institutul de Tehnologie din California, Pasadena, California, în baza unui contract cu Administrația Națională de Aeronautică și Spațiu. Traducere, editare și adaptare de Nicolae Sfetcu, www.telework.ro.