الجيروسكوب (المدوار)

الجيروسكوب هو جهاز يتكون من عجلة تدور بسرعة، مع إمكانية دورانها بحرية داخل إطار خاص. يُستخدم هذا الجهاز في تحديد انحراف الجسم عن الاتجاه المستهدف بدقة.

كيفية عمل الجيروسكوب

يعمل الجيروسكوب بطرق متعددة؛ يمكنه التحرك حول محور الدوران بطرائق عدة، أو الحفاظ على توازنه فوق الإصبع أو الخيط، أو مقاومة تأثير الجاذبية من خلال ظاهرة تعرف بالاستباقية. على سبيل المثال، عند تدوير الجيروسكوب حول محور الدوران، سيقوم بالدوران بزاوية قائمة مع محور القوة، ويتفاعل مع هذه القوة عبر محور عمودي على قوة الإدخال. عند تطبيق القوة على المحور، سيتجه الجزء العلوي من الجيروسكوب نحو اليسار، بينما الجزء السفلي سيتجه نحو اليمين.

ولكن في حالة بقائه ساكناً، سيشهد الجيروسكوب اهتزاز العجلة، وذلك بسبب تأثير القوى على المحور؛ وفقًا لقانون نيوتن الأول الذي ينص على أن الجسم سيتحرك بنفس سرعته وبخط مستقيم ما لم تؤثر عليه قوة غير متوازنة. نتيجة لهذا التأثير، سيستمر الجزء العلوي في التحرك لليسار ولكنه سيتأثر أيضاً بالحركة الدائرية، مما يجعله يدور. الأمر نفسه ينطبق على الجزء السفلي الذي يتحرك نحو اليمين. تعكس هذه الديناميكية تأثير الاستباقية التي تعد تطبيقاً عملياً لمبادئ الفيزياء؛ حيث تؤدي القوى المؤثرة في نقطة معينة إلى دوران الأجزاء في اتجاهات متباينة. يدور الجزء العلوي 90 درجة جانبًا بينما يستمر بمحاولته للذهاب لليسار، في حين أن الجزء السفلي يدور بنفس المعدل ولكن يتجه نحو اليمين، وتسبب هذه الديناميكيات في دوران العجلة باتجاه الحركة الاستباقية، وعندما تواصل النقاط أيضا الدوران لزاوية 90 درجة جديدة، سيتم إلغاء حركتها الأصلية في النهاية.

استخدامات الجيروسكوب

تلعب الجيروسكوبات دورًا مهمًا في العديد من المجالات التقنية المتقدمة، ومن أبرز هذه الاستخدامات:

• أنظمة تحديد الاتجاه (البوصلات).
• الطيران الذاتي على السفن والطائرات.
• آليات توجيه الطوربيدات.
• أنظمة التوجيه الذاتي في الفضاء، المستخدمة في مركبات الإطلاق، وإدارة الأقمار الصناعية، والصواريخ البالستية.

أنواع الجيروسكوبات

توجد مجموعة متنوعة من الجيروسكوبات، والتي يمكن تصنيفها كما يلي:

الجيروسكوبات الميكانيكية

تُعتبر الجيروسكوبات الميكانيكية تقليدية، حيث تعتمد على مبدأ الزخم الزاوي للدوران. تحافظ هذه الأجهزة على وضعيتها وثباتها حتى عند إمالة مجموعة gimbal. من الأمثلة عليها، عجلة الغزل التي تحافظ على اتجاهها الأصلي رغم دوران الأرض، وقد تم تطوير البوصلة الجيروسكوبية على يد العالم الألماني هيرمان أنشوتز لاستخدامها في الغاطسات. تلا ذلك استخدام الجيروسكوب الميكانيكي في الطيار الآلي لضمان المحافظة على مسار الطائرات، وسرعان ما انتشر استخدامه أيضًا في السفن والمجالات الأخرى.

الجيروسكوبات أوتوماتيكية التوجيه

تم استخدام الجيروسكوبات أوتوماتيكية التوجيه لتحسين الحركة الدورانية والانحراف في الصواريخ الجوالة، وكذلك الصواريخ الباليستية خلال الحرب العالمية الثانية. كما تم تطوير منظومات لرصد القنابل ورادارات الهوائيات على السفن، بالإضافة إلى المنصات الحاملة للأسلحة.

الجيروسكوبات الضوئية

تتميز الجيروسكوبات الضوئية بقلة الأجزاء المتحركة بها، وقد تم استخدامها في الصواريخ، والطائرات التجارية، والأقمار الصناعية التي تدور في الفضاء. تعتمد هذه الأجهزة على تقنية سانياك (Sagnac)، حيث يتم تقسيم شعاع ضوئي يتحرك في اتجاه عقارب الساعة وآخر في الاتجاه المعاكس حول منصة دوارة، مع انتقالهما داخل حلقة مغلقة. عند العودة، التداخل بين الشعاعين يعتمد بشكل دقيق على معدل دوران القرص الدوار.