Turb\u016bt daugelis esate mat\u0119 t\u0105 keist\u0105 \u017eaisl\u0105 \u2013 besisukant\u012f ratuk\u0105, kuris tarsi nepakl\u016bsta gravitacijai ir gali balansuoti ant pir\u0161to ar virvel\u0117s. Tai ir yra papras\u010diausias giroskopo pavyzdys. Bet \u0161iuolaikiniame pasaulyje giroskopai \u2013 tai ne tik \u017eaislas. Jie slypi j\u016bs\u0173 i\u0161maniajame telefone, padeda l\u0117ktuvams i\u0161laikyti kurs\u0105, o raketoms \u2013 pasiekti kosmos\u0105.<\/p>\n
Giroskopas i\u0161 esm\u0117s yra sukimosi judes\u012f i\u0161laikantis \u012ftaisas. Pagrindinis jo veikimo principas remiasi fizikini\u0173 d\u0117sni\u0173, kuriuos dar XVII am\u017eiuje apra\u0161\u0117 Izaokas Niutonas, taikymu. Kai objektas sukasi, jis nori i\u0161laikyti savo sukimosi a\u0161\u012f ir pasiprie\u0161ina bet kokiems bandymams j\u0105 pakeisti. \u0160is rei\u0161kinys vadinamas kampinio momento i\u0161saugojimu, ir b\u016btent jis leid\u017eia giroskopu veikti taip, kaip jie veikia.<\/p>\n
\u012edomu tai, kad nors principas paprastas, jo praktinis pritaikymas yra ne\u012ftik\u0117tinai \u012fvairus. Nuo mil\u017eini\u0161k\u0173 giroskopu stabilizuojam\u0173 laiv\u0173 iki mikroskopini\u0173 MEMS (mikro-elektromechanini\u0173 sistem\u0173) giroskopu j\u016bs\u0173 telefone \u2013 visur tas pats fizikos d\u0117snis, tik skirtingai realizuotas.<\/p>\n
Klasikinis mechaninis giroskopas atrodo kaip ratas ar diskas, kuris gali laisvai suktis specialiame r\u0117me. \u0160is r\u0117mas paprastai turi kelis \u017eiedus, leid\u017eian\u010dius diskui suktis bet kuria kryptimi. Tokia konstrukcija vadinama kardaniniu pakabinimu, ir ji yra esmin\u0117 giroskopo dalis.<\/p>\n
Kai diskas pradeda greitai suktis (ir kuo grei\u010diau, tuo geriau), jis \u012fgyja kampin\u012f moment\u0105. \u0160tai \u010dia ir prasideda magija. Jei bandysite pakreipti sukant\u012f disk\u0105, jis pasiprie\u0161ins. Bet ne tiesiog pasiprie\u0161ins \u2013 jis bandys pasukti visai kita kryptimi, nei tik\u0117jot\u0117s. Tai vadinama precesija, ir b\u016btent d\u0117l jos giroskopas gali atrodyti tarsi nepakl\u016bstantis gravitacijai.<\/p>\n
Pavyzd\u017eiui, jei turite horizontaliai besisukant\u012f giroskopu ir bandote pakreipti jo a\u0161\u012f \u017eemyn, jis prad\u0117s suktis \u012f \u0161on\u0105. Tai gali atrodyti keista, bet tai tiesiog fizika. J\u0117ga, kuri\u0105 pritaikote, sukuria moment\u0105, kuris veikia statmenai sukimosi a\u0161iai, tod\u0117l ir rezultatas yra netik\u0117tas.<\/p>\n
Tokius mechaninius giroskopus naudojo pirmieji l\u0117ktuvai ir laivai. Jie buvo gana dideli, sunk\u016bs ir reikalavo nuolatinio energijos tiekimo, kad diskas i\u0161laikyt\u0173 greit\u012f. Bet jie veik\u0117, ir veik\u0117 puikiai \u2013 net ir \u0161iandien kai kuriuose prietaisuose vis dar naudojami mechaniniai giroskopai d\u0117l j\u0173 patikimumo.<\/p>\n
XX am\u017eiaus viduryje mokslininkai sugalvojo, kaip sukurti giroskopu be joki\u0173 judan\u010di\u0173 dali\u0173. Skamba ne\u012ftik\u0117tinai, tiesa? Optiniuose giroskopuose vietoj besisukan\u010dio disko naudojama \u0161viesa.<\/p>\n
Principas toks: \u0161viesos spindulys paleid\u017eiamas \u012f u\u017edar\u0105 kilp\u0105 (paprastai optin\u012f kabel\u012f, susuktu \u012f rit\u0119) dviem prie\u0161ingomis kryptimis. Jei visa sistema nejuda, abu spinduliai gr\u012f\u017eta \u012f pradin\u012f ta\u0161k\u0105 tuo pa\u010diu metu. Bet jei sistema sukasi, vienas spindulys turi nueiti \u0161iek tiek ilgesn\u012f keli\u0105, o kitas \u2013 trumpesn\u012f. \u0160is skirtumas vadinamas Sagnac efektu, ir b\u016btent jis leid\u017eia nustatyti sukim\u0105si.<\/p>\n
Optiniai giroskopai yra ne\u012ftik\u0117tinai tiksl\u016bs. Jie gali aptikti net ma\u017eiausius sukimosi poky\u010dius, tod\u0117l naudojami raketose, povandeniniuose laivuose ir kituose prietaisuose, kur tikslumas yra kriti\u0161kai svarbus. Be to, jie neturi judan\u010di\u0173 dali\u0173, tod\u0117l yra patikimesni ir ilgaam\u017ei\u0161kesni u\u017e mechaninius.<\/p>\n
Tiesa, optiniai giroskopai n\u0117ra pig\u016bs. J\u0173 gamyba reikalauja labai tikslios technologijos, o pats \u012ftaisas gali kainuoti t\u016bkstan\u010dius ar net de\u0161imtis t\u016bkstan\u010di\u0173 eur\u0173. Tod\u0117l juos rasite tik ten, kur tikslumas yra svarbiau u\u017e kain\u0105.<\/p>\n
Dabar paimkite savo i\u0161man\u0173j\u012f telefon\u0105. Viduje, tarp vis\u0173 t\u0173 procesori\u0173 ir baterij\u0173, yra ma\u017eytis giroskopu \u2013 toks ma\u017eas, kad tilpt\u0173 ant adatos galiuko. Tai MEMS giroskopas, ir jis veikia visai kitaip nei jo didesni broliai.<\/p>\n
MEMS giroskopai naudoja vibracijas. \u012esivaizduokite ma\u017eyt\u0119 mas\u0119, kuri nuolat virpa tam tikra da\u017eniu. Kai visas \u012ftaisas sukasi, Korioliso j\u0117ga (ta pati, kuri ver\u010dia uragan\u0173 debesis suktis) priver\u010dia vibruojan\u010di\u0105 mas\u0119 \u0161iek tiek nukrypti nuo savo kelio. \u0160is nukrypimas matuojamas, ir i\u0161 jo apskai\u010diuojamas sukimosi greitis.<\/p>\n
\u0160ie giroskopai yra ne\u012ftik\u0117tinai ma\u017ei ir pig\u016bs gaminti \u2013 vienas toks gali kainuoti vos kelis centus. \u017dinoma, jie n\u0117ra tokie tiksl\u016bs kaip optiniai ar net mechaniniai giroskopai, bet daugumai kasdieni\u0173 pritaikym\u0173 j\u0173 tikslumas yra daugiau nei pakankamas.<\/p>\n
B\u016btent MEMS giroskopai leid\u017eia j\u016bs\u0173 telefonui \u017einoti, kaip j\u012f laikote, padeda \u017eaidim\u0173 valdikliams reaguoti \u012f j\u016bs\u0173 judesius, o dronams \u2013 i\u0161likti stabiliais ore. Be \u0161i\u0173 ma\u017ey\u010di\u0173 \u012ftais\u0173 \u0161iuolaikinis technologij\u0173 pasaulis atrodyt\u0173 visai kitaip.<\/p>\n
Aviacija buvo viena pirm\u0173j\u0173 sri\u010di\u0173, kur giroskopai tapo neatsiejama dalimi. Dirbtinis horizontas \u2013 tas prietaisas, kuris rodo pilotui, ar l\u0117ktuvas skrenda horizontaliai, ar krypsta \u2013 veikia b\u016btent giroskopo pagrindu. Net ir \u0161iuolaikiniuose l\u0117ktuvuose su pa\u017eangiomis skaitmenin\u0117mis sistemomis giroskopai lieka pagrindine navigacijos dalimi.<\/p>\n
Laivyboje giroskopai naudojami kompasams. Skirtingai nuo magnetinio kompaso, girokompasas rodo tikr\u0105j\u0105 \u0161iaur\u0119 (o ne magnetin\u0119) ir n\u0117ra veikiamas metalini\u0173 konstrukcij\u0173 ar elektros \u012frangos. Did\u017eiuosiuose laivuose girokompasai gali sverti kelis \u0161imtus kilogram\u0173 ir suktis t\u016bkstan\u010dius apsisukim\u0173 per minut\u0119.<\/p>\n
Kosmoso technologijose giroskopai yra tiesiog b\u016btini. Palydovai naudoja giroskopus, kad i\u0161laikyt\u0173 teising\u0105 orientacij\u0105 erdv\u0117je. Tarptautin\u0117 kosmin\u0117 stotis turi keturis mil\u017eini\u0161kus giroskopus (kiekvienas sveria apie 300 kilogram\u0173), kurie padeda jai i\u0161laikyti pozicij\u0105 be kuro naudojimo.<\/p>\n
Bet turb\u016bt \u012fdomiausias pritaikymas yra j\u016bs\u0173 ki\u0161en\u0117je. I\u0161manieji telefonai naudoja giroskopus kartu su akselerometrais, kad suprast\u0173, kaip juos laikote. \u017daid\u017eiate lenktyni\u0173 \u017eaidim\u0105 ir pasukate telefon\u0105 \u2013 giroskopas tai jau\u010dia. \u017di\u016brite vaizdo \u012fra\u0161\u0105 ir pasukate telefon\u0105 \u012f \u0161on\u0105 \u2013 ekranas pasisuka kartu. Fotografuojate ir telefonas stabilizuoja vaizd\u0105 \u2013 v\u0117lgi giroskopas.<\/p>\n
Pirmasis prakti\u0161kai panaudojamas giroskopas buvo sukurtas 1852 metais pranc\u016bzo fiziko L\u00e9on Foucault. Jis nor\u0117jo \u012frodyti \u017dem\u0117s sukim\u0105si, ir giroskopas tam puikiai tiko. Pavadinimas “giroskopas” kil\u0119s i\u0161 graik\u0173 kalbos \u017eod\u017ei\u0173, rei\u0161kian\u010di\u0173 “sukimosi steb\u0117tojas”.<\/p>\n
Per daugiau nei \u0161imtmet\u012f giroskopai evoliucionavo nuo paprast\u0173 mechanini\u0173 \u012ftais\u0173 iki sud\u0117ting\u0173 kvantini\u0173 sistem\u0173. Taip, yra net kvantiniai giroskopai, kurie naudoja atom\u0173 savybes sukimui matuoti. Jie yra ne\u012ftik\u0117tinai tiksl\u016bs, bet kol kas labai brang\u016bs ir sud\u0117tingi.<\/p>\n
\u0160iuolaikin\u0117 giroskopu technologija juda keliais kryptimis. Viena vertus, MEMS giroskopai tampa vis ma\u017eesni ir tikslesni. Kita vertus, kuriami nauji giroskopu tipai, naudojantys kvantines savybes ar net \u0161altojo atomo technologijas.<\/p>\n
\u012edomu tai, kad kai kurie mokslininkai bando sukurti biologinius giroskopus \u2013 \u012ftaisus, kurie veikt\u0173 pana\u0161iai kaip gyv\u016bn\u0173 pusiausvyros organai. Tai gal\u0117t\u0173 atvesti prie visi\u0161kai nauj\u0173 pritaikym\u0173 medicinoje ar robotikoje.<\/p>\n
Jei kada nors teks dirbti su giroskopais ar juos naudojan\u010diais \u012ftaisais, verta \u017einoti kelet\u0105 dalyk\u0173. Pirma, mechaniniai giroskopai reikalauja laiko “\u012fsisukti” \u2013 diskui reikia pasiekti reikiam\u0105 greit\u012f, kad giroskopas prad\u0117t\u0173 tinkamai veikti. Tai gali u\u017etrukti nuo keli\u0173 sekund\u017ei\u0173 iki keli\u0173 minu\u010di\u0173, priklausomai nuo disko dyd\u017eio.<\/p>\n
MEMS giroskopai, nors ir ma\u017ei, yra jautr\u016bs temperat\u016brai. Jei j\u016bs\u0173 telefonas labai \u012fkaista ar atv\u0117sta, giroskopo tikslumas gali suma\u017e\u0117ti. Tod\u0117l kai kurie prietaisai turi temperat\u016bros kompensacijos sistemas, kurios koreguoja rodmenis pagal temperat\u016br\u0105.<\/p>\n
Kalibracija yra svarbi. Daugelis giroskopu su laiku “dreifuoja” \u2013 j\u0173 nulin\u0117 pad\u0117tis \u0161iek tiek pasikei\u010dia. Tod\u0117l periodin\u0117 kalibracija yra b\u016btina. J\u016bs\u0173 telefone tai vyksta automati\u0161kai, bet profesionalioje \u012frangoje gali reik\u0117ti rankinio kalibravimo.<\/p>\n
Dar vienas dalykas \u2013 giroskopai mato tik kampin\u012f greit\u012f, o ne absoliu\u010di\u0105 pad\u0117t\u012f. Tai rei\u0161kia, kad jie gali pasakyti, kaip greitai ka\u017ekas sukasi, bet ne kur tas ka\u017ekas yra. Tod\u0117l da\u017enai giroskopai naudojami kartu su kitais jutikliais \u2013 akselerometrais, magnetometrais ar GPS.<\/p>\n
Giroskopai yra puikus pavyzdys, kaip paprasti fizikos d\u0117sniai gali tapti ne\u012ftik\u0117tinai naudingomis technologijomis. Nuo to momento, kai Foucault pirm\u0105 kart\u0105 pademonstravojo savo \u012ftais\u0105, iki \u0161iandien, kai kiekviename telefone yra ma\u017eytis giroskopas, pra\u0117jo daugiau nei 170 met\u0173 nuolatin\u0117s evoliucijos.<\/p>\n
\u0160iandien giroskopai yra visur \u2013 nuo j\u016bs\u0173 ki\u0161en\u0117s iki kosmoso. Jie padeda dronams skraidyti, automobiliams i\u0161likti kelyje, o mums \u2013 \u017eaisti \u017eaidimus ir fotografuoti. Ir nors dauguma \u017emoni\u0173 net ne\u017eino, kad jie egzistuoja, be j\u0173 m\u016bs\u0173 technologinis pasaulis b\u016bt\u0173 daug skurdesnis.<\/p>\n
Gra\u017eiausia tai, kad giroskop\u0173 istorija dar nesibaig\u0117. Naujos technologijos, nauji pritaikymai, nauji atradim\u0173 \u2013 visa tai laukia ateityje. Kas \u017eino, gal u\u017e de\u0161imtme\u010dio tur\u0117sime giroskopus, kurie veiks pagal principus, kuri\u0173 dar net nesuprantame. O gal jie bus tokie ma\u017ei ir galingi, kad gal\u0117s b\u016bti integruoti tiesiog \u012f m\u016bs\u0173 k\u016bnus. Viena ai\u0161ku \u2013 kol kas yra sukimasis, bus ir giroskopai, kurie j\u012f matuos.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"