دانلود فایل پاورپوینت ژیروسکوپ

بخشی از پاورپوینت

--- پاورپوینت شامل تصاویر میباشد ----

اسلاید 1 :

ژيروسکوپ وسيله‌اي براي اندازه‌گيري و يا حفظ جهت مي‌باشد که از اصل بقاي تکانهٔ زاويه‌اي استفاده مي‌کند. يک ژيروسکوپ مکانيکي هميشه يک چرخ يا ديسک چرخنده با محور آزاد دارد که مي‌تواند در هر جهتي بايستد. اين جهتگيري بسيار کمتر بر اثر گشتاور خارجي تغيير مي‌کند که اين به دليل ممان زاويه‌اي بزرگ خود به همراه نرخ زياد چرخش آن است. چون گشتاور خارجي توسط نگاه داشتن وسيله در يک حلقه کمينه مي‌شود جهت آن تقريبا ثابت مي‌ماند، صرفنظر از اينکه سطحي که وسيله روي آن قرار گرفته چقدر حرکت مي‌کند. ژيروسکوپ‌هاي با تکنولوژي حالت جامد هم وجود دارند مانند ژيروسکوپ‌هاي حلقهٔ ليزري.

اسلاید 2 :

کاربردهاي ژيروسکوپ شامل هدايت زماني که قطب‌هاي مغناطيسي کار نمي‌کنند (مانند تلسکوپ هابل) و يا به اندازه کافي دقيق نيستند (مثل ICBM) و يا براي پايدارسازي ماشين‌هاي پرنده مثل هليکوپترهاي هدايت شونده توسط راديو و يا UAVها مي‌باشد. به دليل دقت بالاتر، ژيروسکوپ‌ها همچنين در حفظ جهت در معدن کاري تونل‌ها هم به کار مي‌روند.

اسلاید 3 :

تاريخچه

ژيروسکوپ ساخته شده توسط Léon Foucaultو ساخته شده توسط Dumoulin-Fromentدر سال 1852. موزه ملي هنرها پاريس.

اولين ژيروسکوپ شناخته شده توسط يک آلماني به نام يوهان بوهننبرگر که اولين بار در سال ۱۸۱۷ درباره اش نوشت ساخته شده‌است. در ابتدا او آن را «ماشين» ناميد. ژيروسکوپ بوهننبرگر بر اساس يک کرهٔ بزرگ چرخنده ساخته شد. در سال ۱۸۳۲ والتر جانسون آمريکايي ژيروسکوپي ساخت که براساس ديسک چرخنده کار مي‌کرد. رياضيدان فرانسوي پير لاپلاس زماني که در دانشگاه اکول پلي‌تکنيک کار مي‌کرد اين ماشين را به عنوان ابزار کمک آوزشي پيشنهاد کرد و به اين شکل اين وسيله در معرض توجهLéon Foucault قرار گرفت. در سال۱۸۵۲ Foucault که در حال انجام يک آزمايش براي ديدن چرخش زمين بود، به اين وسيله نام جديد خود را داد. اگرچه اين آزمايش به دليل وجود اصطکاک ناموفق بود. در واقع اصطکاک زمان هر دور را به ۸ تا ۱۰ دقيقه محدو مي‌کرد که زمان بسيار کوتاهي براي مشاهدهٔ يک حرکت قابل توجه بود.

اسلاید 4 :

در سال‌هاي دهه ۱۹۶۰ موتورهاي الکتريکي اين مفهوم را امکان پذير کردند و اين به ساخته شدن اولين نمونه‌هاي قطب نماهاي ژيروسکوپي انجاميد. اولين قطب نماي ژيروسکوپي در سال ۱۹۰۸ توسط مخترع آلماني HermannAnschutz-Kaempfe معرفي شد. کمي بعد در همان سالElmer Sperry آمريکايي طراحي خود را ادامه داد و به زودي ملت‌هاي ديگر هم اهميت نظامي اين اختراع را دريافتند، (در زماني که قدرت دريايي مهمترين ابزار سنجش قدرت نظامي بود.) و صنايع ژيروسکوپ خود را ساختند. شرکت Sperry Gyroscope به زودي فعاليت خود را به ساخت پايدار کنندهاي هواپيماها و کشتي‌ها هم توسعه داد و ساير سازندگان ژيروسکوپ هم به اين کار پرداختند. در سال ۱۹۱۷ شرکت Chandler Company of Indianapolis در اينديانا «ژيروسکوپ Chandler» را به عنوان يک اسباب بازي با يک محور و يک بند توليد کرد. اين وسيله تا امروز توليدش ادامه پيدا کرده‌است و به عنوان يک اسباب بازي کلاسيک امريکايي شناخته مي‌شود.

اسلاید 5 :

ژيروسکوپ‌هاي MEMS ايده پاندول‌هاي Foucault را گرفته و از يک عنصر ارتعاش کننده به نامMicro Electro Mechanical System استفاده مي‌کنند. ژيروسکوپ‌هاي بر پايهٔ MEMS اولين بار توسط System Donner Inertial SDI به طور عملي و قابل توليد ساخته شد. امروزه SDI يک توليد کنندهٔ بزرگ ژيروسکوپ‌هاي MEMS است.

در اولين دهه‌هاي قرن ۲۰ام، ساير مخترعان به صورت ناموفق تلاش کردند که از ژيروسکوپ به عنوان پايه‌اي براي جعبه سياه سيستم‌هاي ترابري به وسيلهٔ ساختن يک پايهٔ پايدار که بر اساس آن اندازه گيري دقيق شتاب امکان پذير باشد (به منظور رفع نياز براي رويت ستارگان براي محاسبهٔ موقعيت) استفاده کنند. اصول مشابهي بعداً در ساخت سيستم‌هاي inertial guidance براي موشک‌هاي بالستيک مورد استفاده قرار گرفت.

اسلاید 6 :

ويژگي‌ها

يک ژيروسکوپ در حال کار که هر سه محور آن آزاد هستند. روتور جهت محور چرخش خود را صرف نظر از جهتگيري فريم خارجي حفظ مي‌کند.

يک ژيروسکوپ رفتارهايي از جمله Precession و nutation را نشان مي‌دهد. ژيروسکوپ‌ها مي‌توانند در ساخت قطب نماهاي ژيروسکوپ که کامل کننده و يا جايگزيني براي قطب نماهاي مغناطيسي در کشتي‌ها، هواپيماها، فضاپيماها و کلا وسايل حمل و نقل، براي کمک به پايداري در کشتي‌ها، تلوسکوپ فضايي هابل دوچرخه‌ها و موتورها و يا به عنوان بخشي از يک سيستم inertial guidance مورد استفاده قرار گيرد.

اثرات ژيروسکوپ‌ها در tops، بومرنگها، يويوها و powerballs مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بسياري از وسايل چرخندهٔ ديگر مثل flywheel هم رفتار زيروسکوپي دارند اگرچه خاصيت ژيروسکوپ آنها مورد استفاده قرار نمي‌گيرند.

اسلاید 7 :

معادله اساسي که رفتار يک ژيروسکوپ را توصيف مي‌کند به صورت زير است:

که در آن τ,Lبه ترتيب ممنتوم زاويه‌اي و گشتاور ژيروسکوپ، I ممان اينرسي، بردار ωسرعت زاويه‌اي و αشتاب زاويه‌اي آن است. از اين رابطه نتيجه مي‌شود که گشتاورτ که عمود بر محور چرخش و بنابراين عمود بر L وارو شود منجر به چرخشي در راستاي محوري عمود بر τو Lمي‌شود. اين حرکت precession نام دارد. سرعت زاويه‌اي ΩP هم توسط ضرب خارجي زير داده مي‌شود:

اسلاید 8 :

Precession را مي‌توان با قرار دادن يک ژيروسکوپ چرخان به طوري که در يک طرف است بسته شده باشد و طرف ديگرش تقريبا آزاد باشد و محورش (بدون اصطکاک به طرف (precession بچرخد نشان داد. در اين حالت ژيروسکوپ به نظر مي‌رسد که بر جاذبه غلبه مي‌کند و محورش افقي باقي مي‌ماند. زماني که يک طرف محور آزاد و بي تکيه گاه است و طرف ديگرش به آرامي دايره‌اي را در صفحه‌اي موازي افقي مي‌پمايد. اين پديده با معادله بالا توضيح داده مي‌شود.

اسلاید 9 :

گشتاور وارد بر ژيروسکوپ از دو منبع تامين مي‌شود. نيروي جاذبه که به طور عمود به سمت پايين بر مرکز جرم وارد مي‌شود و يک نيروي مساوي به طرف بالا که به طرف تکيه گاه وسيله وارد مي‌شود. چرخش ناشي از اين گشتاور به سمت پايين نيست تا به طوري که احتمالا مورد انتظار است وسيله به زمين بخورد، در واقع بر آيند اينها عمود بر هر دو گشتاور جاذبه‌اي (افقي و عمود بر محور چرخش) و محور چرخش (افقي و به سمت بالا از محل تکيه گاه) يعني يه دور يک محور عمودي خواهد بود که موجب مي‌شود وسيله به آرامي حول نقطهٔ تکيه گاهش بچرخد. تحت يک اندازهٔ گشتاور ثابت τ سرعت تغيير جهت، ΩP به صورت معکوس با L متناسب است و نيز با اندازهٔ ممان زاويه‌اي آن:

اسلاید 10 :

که در آن θزاويهٔ بين بردارهاي Lو ΩP است. بنابراين اگر سرعت چرخش ژيروسکوپ کاهش يابد (براي مثال به دليل اصطکاک) ممان زاويه‌اي آن کاهش پيدا مي‌کند و در نتيجهٔ آن نرخ Precession آن افزايش پيدا مي‌کند. اين تا زماني که وسيله ديگر قادر به سريع پيچيدن براي حمل وزن خود نيست، زماني که Precession آن تمام شد و از تکيه گاهش مي‌افتد که اين اتفاق بيشتر به دليل اين است که اصطکاک مقابل Precession موجب Precession ديگري مي‌شود که باعث افتادن وسيله‌است.

به صورت معمول اين سه بردار گشتاور، چرخش و Precession همگي نسبت به همديگر با توجه به قانون دست راست جهت گيري شده‌اند. براي تعيين راحت جهت اثر ژيروسکوپ به سادگي به خاطر داشته باشيد که يک چرخ در حال چرخش وقتي که به گوشه مي‌رود به طرف داخل به چرخش در مي‌آيد.