Halo semuanya, para pengguna portal seluler terbaik Trashbox. Artikel keenam hari ini dari bagian “Cara kerjanya” didedikasikan untuk giroskop. Jika Anda tidak tahu apa ini, artikel ini cocok untuk Anda. Mari kita cari tahu apa itu giroskop dan cara kerjanya. Yang paling menarik di bawah potongan.

Giroskop (diterjemahkan sebagai "rotasi" atau "tampilan") adalah perangkat yang memiliki kemampuan untuk mengukur perubahan sudut orientasi benda terkait terhadap sistem koordinat inersia. Saat ini, ada dua jenis giroskop yang dikenal: mekanik dan optik. Menurut mode pengoperasiannya, giroskop dibagi menjadi: sensor kecepatan sudut dan indikator arah. Namun, satu perangkat dapat beroperasi secara bersamaan dalam mode berbeda tergantung pada jenis kontrolnya.

Sedangkan untuk giroskop mekanis, yang paling terkenal adalah giroskop putar - ini adalah benda padat yang berputar dengan cepat dan porosnya mampu mengubah orientasi dalam ruang. Kecepatan putaran giroskop dalam hal ini secara signifikan melebihi kecepatan putaran sumbu rotasinya. Properti utama giroskop ini adalah kemampuannya untuk mempertahankan arah sumbu rotasi yang konstan di ruang angkasa tanpa adanya pengaruh gaya eksternal terhadapnya. Bagian utama dari giroskop putar adalah rotor yang berputar cepat, yang memiliki beberapa derajat kebebasan (sumbu kemungkinan rotasi).

Prinsip operasi

Prinsip pengoperasian giroskop didasarkan pada beban yang bergetar pada suatu bidang dengan frekuensi kecepatan dikalikan dengan gerak. Ketika giroskop berputar, terjadi percepatan Coriolis. Jika Anda membolos fisika di sekolah atau tidak mengetahuinya, maka semua benda memiliki satu sifat - ketika mereka berputar, mereka mempertahankan orientasinya relatif terhadap arah gravitasi. Intinya, giroskop adalah bagian atas yang berputar pada sumbu vertikal, dipasang pada bingkai yang dapat berputar pada sumbu horizontal, dan pada gilirannya dipasang pada bingkai lain yang dapat berputar pada sumbu ketiga. Dengan demikian, kita dapat sampai pada kesimpulan: bagaimana pun kita memutar bagian atas, selalu ada peluang untuk tetap berada dalam posisi vertikal. Sensor mencatat bagaimana bagian atas diorientasikan relatif terhadap frame, dan prosesor membaca bagaimana frame dalam hal ini harus diposisikan relatif terhadap gravitasi.

Giroskop digunakan dalam teknologi. Mereka digunakan sebagai komponen baik dalam sistem navigasi (cakrawala buatan, kompas gyro, dll.) dan dalam sistem orientasi dan stabilisasi pesawat ruang angkasa. Adapun sistem stabilisasinya sendiri ada tiga jenis: sistem stabilisasi daya (digunakan pada giroskop dua derajat), sistem stabilisasi daya indikator (juga pada giroskop dua derajat) dan sistem stabilisasi indikator (pada giroskop tiga derajat). ).

Sekarang mari kita lihat lebih dekat ketiga tipe utama ini. Sistem Stabilisasi Gaya: Satu giroskop diperlukan untuk stabilisasi di sekitar setiap sumbu. Stabilisasinya sendiri dilakukan langsung oleh giroskop, serta oleh mesin bongkar muat. Pada awalnya, momen giroskopik bekerja, dan kemudian motor bongkar terhubung. Sistem stabilisasi gaya indikator: stabilisasi juga memerlukan satu giroskop. Stabilisasi hanya dilakukan dengan membongkar motor, tetapi pada awalnya muncul momen giroskopik kecil. Dan yang terakhir adalah sistem stabilisasi indikator: satu giroskop diperlukan untuk menstabilkan sekitar dua sumbu. Stabilisasi hanya dilakukan dengan membongkar motor.

Menggunakan giroskop di perangkat seluler

Mari kita bahas topik penggunaan giroskop di perangkat seluler dan konsol game. Saat ini, sebagian besar ponsel cerdas menggunakan apa yang disebut akselerometer MEMS. Sebagai sensor percepatan, dalam keadaan istirahat hanya melihat satu vektor – vektor gaya gravitasi universal, yang selalu diarahkan ke pusat bumi. Dengan menguraikan vektor menjadi sumbu sensitif sensor, posisi sudut perangkat dalam ruang dapat dihitung tanpa kesulitan. Selain itu, dekomposisi vektor dapat menunjukkan bahwa sensor tidak dapat menentukan belokan perangkat berdasarkan sudut arah, yaitu berbelok ke kiri atau ke kanan saat ponsel cerdas diletakkan di tepinya - proyeksi vektor ke arah selalu nol. Pengontrol game pertama yang dapat menentukan posisinya di luar angkasa dirilis oleh Nintendo - Wii Remote untuk konsol game Wii, dan hanya menggunakan akselerometer tiga dimensi.

Selain itu, giroskop mulai digunakan pada pengontrol permainan. Misalnya Sixaxis untuk SONY PlayStation generasi ketiga dan Wii MotionPlus untuk Nintendo Wii. Kedua pengontrol permainan menggunakan dua sensor spasial yang saling melengkapi: giroskop dan akselerometer. Selain itu, pengontrol terbaru, selain akselerometer, menggunakan sensor spasial tambahan - giroskop. Jika kita mempertimbangkan cara kerja giroskop dalam hal lain, maka ada mainan yang didasarkan pada giroskop. Contoh paling umum adalah yo-yo dan gasing, atau yang populer disebut “atas”. Atasan berbeda dengan giroskop karena tidak mempunyai satu titik tetap.

Ada juga aplikasi untuk giroskop di area lain - ada daftar lengkapnya. Giroskop digunakan dalam perangkat navigasi di pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa, dalam senjata (peluru berputar ketika ditembakkan, ini memberikan stabilitas yang lebih besar dan meningkatkan akurasi tembakan), roda sepeda atau perangkat serupa bekerja seperti giroskop - ini mencegah pengendara dari jatuh. Jadi, benda apa pun yang berputar dapat disebut giroskop - benda ini melawan penyimpangan sumbu rotasi.

Atau teknologi Bluetooth adalah sesuatu yang tidak biasa. Sekarang semua fungsi ini sudah familiar, dan beberapa di antaranya bahkan sudah ketinggalan zaman. Produsen menambahkan fitur baru pada modelnya, salah satunya adalah giroskop di ponsel. Apa itu dan bagaimana cara menggunakannya?

Giroskop dan akselerometer

Banyak orang yang sering mengacaukan kedua konsep ini. Mari kita cari tahu.

Akselerometer, atau G-sensor, adalah perangkat yang memantau perubahan posisi perangkat relatif terhadap porosnya - misalnya, berbelok ke kiri dan ke kanan, ke arah dirinya sendiri dan menjauhi dirinya sendiri.

Giroskop di telepon memungkinkan Anda merekam tidak hanya tindakan ini, tetapi juga setiap pergerakan perangkat di luar angkasa, serta mencatat kecepatan gerakan. Oleh karena itu, ini dapat dianggap sebagai akselerometer yang ditingkatkan.

Prinsip pengoperasian giroskop

Perangkat ini adalah disk yang dipasang pada dua bingkai bergerak. Ini berputar dengan cepat. Saat posisi frame ini berubah, disk tidak bergerak. Jika Anda terus-menerus mempertahankan rotasi, misalnya menggunakan motor listrik, maka Anda dapat secara akurat menentukan posisi objek tempat giroskop dipasang. Ini juga dapat digunakan untuk menentukan arah mata angin.

Opsi aplikasi

Pada abad kesembilan belas, giroskop digunakan oleh angkatan laut dan kapal sipil, karena dengan bantuannya dimungkinkan untuk menentukan arah mata angin dengan paling akurat. Ia juga telah menemukan penerapannya dalam penerbangan dan peroketan.

GiroskopiPhone 4

Di iPhone, desain perangkatnya sedikit berbeda dari perangkat klasik, karena didasarkan pada sensor mikroelektromekanis. Prinsip pengoperasiannya tetap sama.

Giroskop di telepon memiliki cakupan aplikasi yang sangat luas. Tentu saja, pertama-tama, ini adalah berbagai game yang menggunakan teknologi ini. Yang paling populer di antaranya adalah simulator balap dan penembak. Misalnya: penembak menggunakan apa yang disebut "augmented reality" - tembakan dilakukan dengan menekan, dan untuk membidik, Anda perlu mengubah posisi ponsel cerdas - kamera dalam game akan bergerak dengan cara yang sama.

Selain industri game, giroskop digunakan dalam berbagai perangkat lunak. Dengan bantuannya, akses ke berbagai fungsi menjadi lebih nyaman. Misalnya, di beberapa sistem operasi, menggoyangkan perangkat akan memperbarui Bluetooth. Teknologi ini juga digunakan dalam sejumlah aplikasi khusus yang digunakan untuk mengukur sudut kemiringan (level).

Industri seluler telah berkembang semakin cepat akhir-akhir ini. Sampai saat ini, giroskop di telepon adalah hal baru yang modis, tetapi sekarang giroskop digunakan di mana-mana dan dianggap sebagai bagian yang familiar dari ponsel pintar mana pun. Mungkin hanya dalam beberapa tahun akan muncul perangkat generasi baru yang memungkinkan Anda memproyeksikan gambar ke titik mana pun di ruang angkasa, karena sains bergerak maju dengan pesat. Untuk saat ini, kami hanya dapat berasumsi dan mencari cara untuk menggunakan teknologi yang telah ditemukan.

Artikel dan Lifehacks

Setiap telepon modern dilengkapi dengan beberapa sensor. Biasanya, ini adalah jarak, sensor magnetometri, sensor percepatan termal, dan giroskop (sensor gyro).

Semuanya termasuk dalam kelompok MEMS - sistem mikroelektromekanis. Seluruh rangkaian ini tidak harus ada di setiap ponsel cerdas, tetapi di banyak ponsel cerdas. Mari kita coba melihat lebih dekat apa itu giroskop di ponsel dan apa bedanya dengan akselerometer.

Nama ini berasal dari dua kata Yunani kuno yang diterjemahkan sebagai “lingkaran” dan “Saya melihat.”

Ada kesalahpahaman bahwa sensor gyro adalah accelerometer. Tidak, itu tidak benar. Fungsinya tentu saja serupa, tetapi perangkatnya tetap berbeda. Mari kita cari tahu alasannya.

Fungsi giroskop telepon

Jadi, jika akselerometer di ponsel terutama bertanggung jawab untuk memutar gambar tampilan, maka sensor gyro bertanggung jawab atas pergerakan kecil di bidang apa pun.

Dan tentu saja, jika kedua sensor ini ada di perangkat seluler, maka sensitivitas terhadap gerakan terkecil dan tercepat (miring, berbelok) meningkat secara signifikan.

Apa itu giroskop di ponsel sudah jelas, tapi untuk apa? Penggunaan sensor gyro pada smartphone telah membuka kemungkinan baru dan menarik bagi pengguna. Dan pionir di sini adalah pemilik iPhone.

Misalnya, dengan goyangan sederhana Anda dapat menjawab panggilan masuk, menelusuri gambar atau halaman e-book, Anda dapat mengubah lagu yang sedang Anda dengarkan ke lagu berikutnya, menjeda, dan memulai lagi.

Menggoyangkan iPhone Anda akan membuka menu tempat Anda dapat memilih untuk membatalkan tindakan terakhir atau mengembalikan tindakan terakhir yang dibatalkan.

Siapa yang menggunakan giroskop di ponselnya dan bagaimana caranya?

Setiap pergerakan hero yang ditampilkan menjadi lebih akurat dan realistis. Sensor ini mutlak diperlukan untuk balapan, game menembak, simulator, dll.

Dialah yang membantu mengarahkan senjata, memutar kemudi mobil atau mengendalikan helikopter. Dengan bantuannya, penguin, hiu yang marah, dan makhluk hidup lainnya melompat.

Secara umum, kehadiran sensor ini membuat penggunaan smartphone jauh lebih menyenangkan dan nyaman.

GIROSKOP
alat navigasi yang unsur utamanya berupa rotor yang berputar cepat, dipasang sedemikian rupa sehingga sumbu putarannya dapat diputar. Tiga derajat kebebasan (sumbu kemungkinan rotasi) rotor giroskop disediakan oleh dua bingkai gimbal. Jika alat tersebut tidak terpengaruh oleh gangguan eksternal, maka sumbu putaran rotornya sendiri akan mempertahankan arah yang konstan dalam ruang. Jika suatu momen gaya luar bekerja padanya, cenderung memutar sumbu rotasinya sendiri, maka ia mulai berputar bukan mengelilingi arah momen tersebut, tetapi mengelilingi sumbu yang tegak lurus terhadapnya (presesi).

Dalam giroskop yang seimbang (astatik) dan berputar cukup cepat, dipasang pada bantalan yang sangat maju dengan sedikit gesekan, praktis tidak ada momen gaya eksternal, sehingga giroskop mempertahankan orientasinya di ruang angkasa untuk waktu yang lama hampir tidak berubah. Oleh karena itu, ini dapat menunjukkan sudut rotasi alas tempat pemasangannya. Beginilah cara fisikawan Perancis J. Foucault (1819-1868) pertama kali menunjukkan dengan jelas rotasi bumi. Jika putaran sumbu giroskop dibatasi oleh pegas, maka jika dipasang dengan tepat, katakanlah pada pesawat yang melakukan putaran, giroskop akan merusak pegas hingga momen gaya luar seimbang. Dalam hal ini gaya tekan atau tegangan pegas sebanding dengan kecepatan sudut pesawat. Ini adalah prinsip pengoperasian indikator belok pesawat dan banyak perangkat giroskopik lainnya. Karena gesekan pada bantalan sangat kecil, maka tidak diperlukan banyak energi untuk menjaga agar rotor giroskop tetap berputar. Untuk memutarnya dan mempertahankan putarannya, motor listrik berdaya rendah atau semburan udara bertekanan biasanya cukup.
Aplikasi. Giroskop paling sering digunakan sebagai elemen sensitif untuk menunjukkan perangkat giroskopik dan sebagai sensor sudut rotasi atau kecepatan sudut untuk perangkat kontrol otomatis. Dalam beberapa kasus, misalnya pada gyrostabilizer, giroskop digunakan sebagai generator torsi atau energi.
Lihat juga RODA GILA. Bidang utama penerapan giroskop adalah pelayaran, penerbangan, dan astronotika (lihat NAVIGASI INERSIAL). Hampir setiap kapal laut dalam dilengkapi dengan gyrocompass untuk pengendalian kapal secara manual atau otomatis, ada pula yang dilengkapi dengan gyrostabilizer. Dalam sistem pengendalian tembakan artileri angkatan laut terdapat banyak giroskop tambahan yang menyediakan kerangka acuan yang stabil atau mengukur kecepatan sudut. Tanpa giroskop, kendali otomatis torpedo tidak mungkin dilakukan. Pesawat terbang dan helikopter dilengkapi dengan perangkat giroskopik yang memberikan informasi andal untuk sistem stabilisasi dan navigasi. Instrumen tersebut mencakup indikator sikap, indikator girovertikal, dan indikator putar dan putar giroskopik. Giroskop dapat berupa perangkat penunjuk atau sensor autopilot. Banyak pesawat dilengkapi dengan kompas magnetik yang distabilkan oleh gyro dan peralatan lainnya - pemandangan navigasi, kamera dengan giroskop, gyro-sextant. Dalam penerbangan militer, giroskop juga digunakan dalam penembakan udara dan pengeboman. Giroskop untuk berbagai keperluan (navigasi, daya) diproduksi dalam berbagai ukuran tergantung pada kondisi pengoperasian dan akurasi yang diperlukan. Pada perangkat giroskopik, diameter rotornya adalah 4-20 cm, dengan nilai yang lebih kecil untuk perangkat dirgantara. Diameter rotor gyrostabilizer kapal diukur dalam meter.
KONSEP DASAR
Efek giroskopik diciptakan oleh gaya sentrifugal yang sama yang bekerja pada gasing yang berputar, misalnya pada meja. Pada titik tumpu bagian atas di atas meja, timbul gaya dan momen, di bawah pengaruh sumbu rotasi bagian atas menyimpang dari vertikal, dan gaya sentrifugal dari massa yang berputar, mencegah perubahan orientasi. bidang rotasi, memaksa bagian atas berputar secara vertikal, sehingga mempertahankan orientasi tertentu dalam ruang. Dengan rotasi ini, yang disebut presesi, rotor giroskop merespons momen gaya yang diterapkan pada sumbu yang tegak lurus terhadap sumbu rotasinya sendiri. Kontribusi massa rotor terhadap efek ini sebanding dengan kuadrat jarak sumbu rotasi, karena semakin besar jari-jarinya, semakin besar, pertama, percepatan linier dan, kedua, pengaruh gaya sentrifugal. Pengaruh massa dan distribusinya pada rotor dicirikan oleh “momen inersia”, yaitu hasil penjumlahan seluruh massa penyusunnya dengan kuadrat jarak sumbu rotasi. Efek giroskopik penuh dari rotor yang berputar ditentukan oleh “momen kinetiknya”, yaitu. hasil kali kecepatan sudut (dalam radian per detik) dan momen inersia relatif terhadap sumbu putaran rotor itu sendiri. Momen kinetik merupakan besaran vektor yang tidak hanya mempunyai nilai numerik, tetapi juga mempunyai arah. Pada Gambar. 1 momen kinetik diwakili oleh sebuah anak panah (yang panjangnya sebanding dengan besar momen) yang diarahkan sepanjang sumbu rotasi sesuai dengan “aturan gimlet”: di mana gimlet diumpankan jika diputar ke arah putaran rotornya. Presesi dan torsi juga dicirikan oleh besaran vektor. Arah vektor kecepatan sudut presesi dan vektor torsi dihubungkan oleh aturan gimlet dengan arah putaran yang sesuai.
Lihat juga VEKTOR.
GIROSKOP DENGAN TIGA DERAJAT KEBEBASAN
Pada Gambar. Gambar 1 menunjukkan diagram kinematik giroskop yang disederhanakan dengan tiga derajat kebebasan (tiga sumbu rotasi), dan arah rotasi ditunjukkan dengan panah melengkung. Momen kinetik diwakili oleh panah lurus tebal yang diarahkan sepanjang sumbu putaran rotor itu sendiri. Momen gaya diterapkan dengan menekan jari sehingga mempunyai komponen yang tegak lurus terhadap sumbu putaran rotor itu sendiri (gaya kedua dari pasangan tersebut dihasilkan oleh sumbu semi vertikal yang dipasang pada rangka, yang dihubungkan ke alas. ). Menurut hukum Newton, momen gaya tersebut harus menghasilkan momen kinetik yang searah dan sebanding dengan besarnya. Karena momen kinetik (berhubungan dengan putaran rotor itu sendiri) besarnya tetap (dengan menetapkan kecepatan sudut konstan melalui, katakanlah, motor listrik), persyaratan hukum Newton ini hanya dapat dipenuhi dengan memutar sumbu rotasi (ke arah sumbu rotasi). vektor torsi eksternal), yang menyebabkan peningkatan proyeksi momen kinetik pada sumbu ini. Rotasi ini adalah presesi yang telah dibahas sebelumnya. Laju presesi meningkat dengan meningkatnya torsi eksternal dan menurun dengan meningkatnya torsi kinetik rotor.
Indikator arah giroskopik. Pada Gambar. Gambar 2 menunjukkan contoh penggunaan giroskop tiga derajat pada indikator arah penerbangan (gyro-half-compass). Rotasi rotor pada bantalan bola dibuat dan dipertahankan oleh aliran udara terkompresi yang diarahkan ke permukaan berlekuk pelek. Rangka internal dan eksternal gimbal memberikan kebebasan penuh untuk memutar sumbu rotasi rotor itu sendiri. Dengan menggunakan skala azimuth yang terpasang pada bingkai luar, Anda dapat memasukkan nilai azimuth apa pun dengan menyelaraskan sumbu rotasi rotor dengan dasar perangkat. Gesekan pada bantalan sangat kecil sehingga setelah nilai azimuth ini dimasukkan, sumbu putaran rotor mempertahankan posisi yang ditentukan dalam ruang, dan dengan menggunakan panah yang dipasang pada alas, putaran pesawat dapat dikontrol pada azimuth. skala. Indikasi belokan tidak menunjukkan penyimpangan apa pun selain efek penyimpangan yang terkait dengan ketidaksempurnaan mekanisme, dan tidak memerlukan komunikasi dengan alat bantu navigasi eksternal (misalnya darat).

Ensiklopedia Collier. - Masyarakat Terbuka. 2000 .