जाइरोस्कोप का उपयोग किस लिए किया जाता है?

जाइरोस्कोप, जिसे अक्सर केवल जाइरो कहा जाता है (ग्रीक फूड रैप के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए), प्रेस का एक बड़ा सौदा नहीं मिलता है। लेकिन इंजीनियरिंग के इस चमत्कार के बिना, दुनिया - और विशेष रूप से, मानव जाति की अन्य दुनिया की खोज - मौलिक रूप से अलग होगी। रॉकेट और वैमानिकी में गायरोस्कोप अपरिहार्य हैं, और एक बोनस के रूप में, एक साधारण गायरोस्कोप एक महान बच्चे का खिलौना बनाता है।

एक जाइरोस्कोप, हालांकि एक मशीन जिसमें बहुत सारे चलने वाले हिस्से होते हैं, वास्तव में एक सेंसर होता है। इसका उद्देश्य जाइरोस्कोप के बाहरी वातावरण द्वारा लगाए गए बलों में बदलाव की स्थिति में जाइरोस्कोप के केंद्र में घूमने वाले हिस्से की गति को स्थिर रखना है। उनका निर्माण इसलिए किया जाता है ताकि ये बाहरी बदलाव जाइरोस्कोप के उन हिस्सों के आंदोलनों से असंतुलित हो जाएं जो हमेशा लगाए गए बदलाव का विरोध करते हैं। यह उस तरह से अलग नहीं है जिस तरह से एक स्प्रिंग-लोडेड दरवाजा या मूसट्रैप इसे खोलने के आपके प्रयासों का विरोध करेगा, और अधिक मजबूती से अगर आपके अपने प्रयास बढ़ेंगे। एक जाइरोस्कोप, हालांकि, वसंत की तुलना में बहुत अधिक जटिल है।

एक "बाहरी शक्ति" का अनुभव करने का क्या मतलब है, अर्थात, एक नई शक्ति के अधीन होना, जब कुछ भी नया वास्तव में आपको छू नहीं रहा है? गौर कीजिए कि क्या होता है जब आप एक कार की यात्री सीट पर होते हैं जो एक समान गति से एक सीधी रेखा में यात्रा कर रही होती है। क्योंकि कार तेज या धीमी नहीं हो रही है, आपके शरीर को कोई रैखिक त्वरण का अनुभव नहीं होता है, और क्योंकि कार मुड़ नहीं रही है, आप कोणीय त्वरण का अनुभव नहीं करते हैं। चूंकि बल द्रव्यमान और त्वरण का गुणनफल है, आप इन परिस्थितियों में कोई शुद्ध बल नहीं अनुभव करते हैं, भले ही आप 200 मील प्रति घंटे की गति से आगे बढ़ रहे हों। यह न्यूटन के गति के पहले नियम के अनुसार है, जिसमें कहा गया है कि जब तक किसी बाहरी व्यक्ति द्वारा कार्रवाई नहीं की जाती है, तब तक कोई वस्तु विराम में ही रहेगी। बल, और यह भी कि एक ही दिशा में निरंतर वेग से गतिमान वस्तु अपने सटीक पथ पर तब तक चलती रहेगी जब तक कि किसी बाहरी. के अधीन न हो बल।

जब कार दायीं ओर मुड़ती है, हालांकि, जब तक कि आप इसका विरोध करने के लिए कुछ शारीरिक प्रयास नहीं करते हैं आपकी कार की सवारी में कोणीय त्वरण का अचानक परिचय, आप चालक की ओर अपने को गिरा देंगे बाएं। आप बिना किसी शुद्ध बल का अनुभव करने से लेकर सर्कल के केंद्र से सीधे बाहर की ओर इशारा करते हुए एक बल का अनुभव करने के लिए चले गए हैं, जिसे कार ने अभी ट्रेस करना शुरू किया है। चूंकि छोटे घुमावों के परिणामस्वरूप किसी दिए गए रैखिक वेग पर अधिक कोणीय त्वरण होता है, जब आपका ड्राइवर तेज मोड़ लेता है तो बाईं ओर झुकाव की आपकी प्रवृत्ति अधिक स्पष्ट होती है।

आपका अपना, सामाजिक रूप से अंतर्निहित अभ्यास, अपने आप को बनाए रखने के लिए पर्याप्त झुकाव-विरोधी प्रयास को लागू करना आपकी सीट पर एक ही स्थिति जाइरोस्कोप के समान है, यद्यपि कहीं अधिक जटिल - और प्रभावी - मार्ग।

जाइरोस्कोप को औपचारिक रूप से 19 वीं शताब्दी के मध्य में और फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लियोन फौकॉल्ट का पता लगाया जा सकता है। फौकॉल्ट शायद उस पेंडुलम के लिए बेहतर जाना जाता है जो उसका नाम लेता है और अपना अधिकांश काम प्रकाशिकी में करता है, लेकिन वह एक ऐसे उपकरण के साथ आया जिसका वह उपयोग करता था पृथ्वी के आंतरिक भागों पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को प्रभावी रूप से रद्द करने या अलग करने के तरीके का पता लगाकर पृथ्वी के घूर्णन को प्रदर्शित करता है। युक्ति। इस प्रकार इसका अर्थ था कि जाइरोस्कोप व्हील के घूमने के समय में घूर्णन की धुरी में कोई भी परिवर्तन पृथ्वी के घूर्णन द्वारा प्रदान किया गया था। इस प्रकार जाइरोस्कोप का पहला औपचारिक उपयोग सामने आया।

जाइरोस्कोप के मूल सिद्धांत को अलग-अलग कताई साइकिल के पहिये का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है। यदि आप पहिया के बीच में (पेन की तरह) रखे गए एक छोटे धुरा द्वारा प्रत्येक तरफ पहिया को पकड़ना चाहते थे और किसी ने पहिया को घुमाते समय घुमाया था यह, आप देखेंगे कि यदि आप पहिया को एक तरफ मोड़ने की कोशिश करते हैं, तो यह उस दिशा में उतनी आसानी से नहीं जाएगा जितना कि अगर यह घूमता नहीं है। यह आपकी पसंद की किसी भी दिशा के लिए मान्य है और इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि अचानक आंदोलन कैसे शुरू किया गया।

जाइरोस्कोप के कुछ हिस्सों को अंतरतम से सबसे बाहरी तक का वर्णन करना शायद सबसे आसान है। सबसे पहले, केंद्र में एक घूर्णन शाफ्ट या डिस्क है (और जब आप इसके बारे में सोचते हैं, तो ज्यामितीय रूप से बोलते हुए, एक डिस्क बहुत छोटी, बहुत चौड़ी शाफ्ट से ज्यादा कुछ नहीं होती है)। यह व्यवस्था का सबसे भारी घटक है। डिस्क के केंद्र से गुजरने वाला एक्सल लगभग घर्षण रहित बॉल बेयरिंग द्वारा एक गोलाकार घेरा से जुड़ा होता है, जिसे जिम्बल कहा जाता है। यहीं से कहानी अजीब और बेहद दिलचस्प हो जाती है। यह जिम्बल समान बॉल बेयरिंग द्वारा दूसरे जिम्बल से जुड़ा होता है जो कि थोड़ा सा चौड़ा होता है, ताकि आंतरिक जिम्बल बाहरी जिम्बल की सीमाओं के भीतर स्वतंत्र रूप से घूम सके। एक दूसरे से जिम्बल के लगाव के बिंदु केंद्रीय डिस्क के रोटेशन की धुरी के लंबवत रेखा के साथ होते हैं। अंत में, बाहरी जिम्बल तीसरे घेरा के लिए और अधिक चिकनी-ग्लाइडिंग बॉल बेयरिंग से जुड़ा हुआ है, यह जाइरोस्कोप के फ्रेम के रूप में कार्य करता है।

(यदि आपने पहले से नहीं किया है तो आपको जाइरोस्कोप के आरेख से परामर्श लेना चाहिए या संसाधनों में लघु वीडियो देखना चाहिए; अन्यथा, यह सब कल्पना करना लगभग असंभव है!)

जाइरोस्कोप के कार्य की कुंजी यह है कि तीन परस्पर जुड़े हुए लेकिन स्वतंत्र रूप से घूमने वाले जिम्बल तीन विमानों, या आयामों में गति की अनुमति देते हैं। अगर कुछ संभावित रूप से आंतरिक शाफ्ट के रोटेशन की धुरी को परेशान करता है, तो यह गड़बड़ी हो सकती है तीनों आयामों में एक साथ विरोध किया जा सकता है क्योंकि जिम्बल एक समन्वित में बल को "अवशोषित" करते हैं मार्ग। अनिवार्य रूप से क्या होता है कि गायरोस्कोप में किसी भी गड़बड़ी के जवाब में दो आंतरिक छल्ले घूमते हैं अनुभवी, उनके घूर्णन के संबंधित अक्ष एक विमान के भीतर स्थित होते हैं जो घूर्णन की धुरी के लंबवत रहता है शाफ्ट। यदि यह विमान नहीं बदलता है, तो न ही शाफ्ट की दिशा बदलती है।

टोक़ सीधे के बजाय घूर्णन की धुरी के बारे में लागू बल है। इस प्रकार यह रैखिक गति के बजाय घूर्णी गति पर प्रभाव डालता है। मानक इकाइयों में, यह "लीवर आर्म" (घूर्णन के वास्तविक या काल्पनिक केंद्र से दूरी; सोचो "त्रिज्या")। इसलिए इसमें N⋅m की इकाइयाँ हैं।

क्रिया में एक जाइरोस्कोप किसी भी लागू टोक़ का पुनर्वितरण करता है ताकि ये केंद्रीय शाफ्ट की गति को प्रभावित न करें। यहां यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि जाइरोस्कोप का उद्देश्य किसी चीज को एक सीधी रेखा में गतिमान रखना नहीं है; यह कुछ चलते रहने के लिए है निरंतर घूर्णी वेग के साथ. यदि आप इसके बारे में सोचते हैं, तो आप शायद कल्पना कर सकते हैं कि चंद्रमा या अधिक दूर के गंतव्यों की यात्रा करने वाले अंतरिक्ष यान बिंदु-दर-बिंदु नहीं जाते हैं; बल्कि, वे विभिन्न पिंडों द्वारा लगाए गए गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करते हैं और प्रक्षेपवक्र, या वक्रों में यात्रा करते हैं। चाल यह सुनिश्चित करने के लिए है कि इस वक्र के पैरामीटर स्थिर रहें।

यह ऊपर उल्लेख किया गया था कि जाइरोस्कोप का केंद्र बनाने वाला शाफ्ट या डिस्क भारी होता है। यह असाधारण गति से भी घूमता है - हबल टेलीस्कोप पर जाइरोस्कोप, उदाहरण के लिए, 19,200 रोटेशन प्रति मिनट या 320 प्रति सेकंड पर स्पिन। सतह पर, यह बेतुका लगता है कि वैज्ञानिक इस तरह के एक संवेदनशील उपकरण को इसके बीच में एक लापरवाह फ्रीव्हीलिंग (शाब्दिक) घटक चूसने के साथ लैस करेंगे। इसके बजाय, ज़ाहिर है, यह रणनीतिक है। संवेग, भौतिकी में, बस द्रव्यमान समय वेग है। तदनुसार, कोणीय गति है जड़ता (एक मात्रा जिसमें द्रव्यमान शामिल है, जैसा कि आप नीचे देखेंगे) कोणीय वेग का गुणा। नतीजतन, पहिया जितनी तेजी से घूम रहा है और अधिक द्रव्यमान के माध्यम से इसकी जड़ता जितनी अधिक होगी, शाफ्ट में उतना ही अधिक कोणीय गति होगी। नतीजतन, जिम्बल और बाहरी जाइरोस्कोप घटकों में प्रभावों को म्यूट करने की उच्च क्षमता होती है इससे पहले कि टोक़ शाफ्ट के अभिविन्यास को बाधित करने के लिए पर्याप्त स्तर तक पहुंच जाए, इससे पहले बाहरी टोक़ का अंतरिक्ष।

प्रसिद्ध हबल टेलीस्कोप में इसके नेविगेशन के लिए छह अलग-अलग जाइरोस्कोप हैं, और इन्हें समय-समय पर बदलने की आवश्यकता होती है। इसके रोटर की चौंका देने वाली घूर्णी गति का तात्पर्य है कि जाइरोस्कोप के इस कैलिबर के लिए बॉल बेयरिंग असंभव से असंभव है। इसके बजाय, हबल गैस बियरिंग वाले जाइरोस्कोप का उपयोग करता है, जो वास्तव में घर्षण रहित घूर्णी अनुभव के करीब प्रदान करता है क्योंकि मनुष्यों द्वारा बनाई गई कोई भी चीज घमंड कर सकती है।

जड़ता गति और दिशा में परिवर्तन का प्रतिरोध है, चाहे वे कुछ भी हों। यह सदियों पहले आइजैक न्यूटन द्वारा निर्धारित औपचारिक घोषणा का संक्षिप्त संस्करण है।

रोज़मर्रा की भाषा में, "जड़ता" आमतौर पर हिलने-डुलने की अनिच्छा को संदर्भित करता है, जैसे, "मैं लॉन की घास काटने जा रहा था, लेकिन जड़ता ने मुझे सोफे पर टिका दिया।" यह होगा अजीब, हालांकि, किसी ऐसे व्यक्ति को देखने के लिए जो 26.2-मील मैराथन के अंत तक पहुंच गया है, भौतिक विज्ञान के दृष्टिकोण से, जड़ता के प्रभाव के कारण रुकने से इंकार कर देता है यहाँ शब्द का प्रयोग समान रूप से अनुमेय होगा - यदि धावक एक ही दिशा में और उसी गति से दौड़ना जारी रखता है, तो तकनीकी रूप से यह जड़त्व होगा काम क। और आप उन परिस्थितियों की कल्पना कर सकते हैं जिनमें लोग कहते हैं कि वे जड़ता के परिणामस्वरूप कुछ करना बंद करने में विफल रहे, जैसे, "मैं जा रहा था कैसीनो छोड़ दो, लेकिन जड़ता ने मुझे टेबल से टेबल पर जाने के लिए रखा।" (इस मामले में, "गति" बेहतर हो सकती है, लेकिन केवल अगर खिलाड़ी है जीतना!)

कोणीय गति के लिए समीकरण है:

एल = मैंω

जहाँ L की इकाइयाँ kg units m. हैं²/s. चूँकि कोणीय वेग की इकाइयाँ,, व्युत्क्रम सेकंड हैं, या s-1, I, जड़त्व, में kg m की इकाइयाँ हैं². बल की मानक इकाई, न्यूटन, किलो m/s में टूट जाती है². इस प्रकार जड़ता एक बल नहीं है। इसने वाक्यांश "जड़ता के बल" को मुख्यधारा की स्थानीय भाषा में प्रवेश करने से नहीं रखा है, जैसा कि अन्य चीजों के साथ होता है जो बलों की तरह "महसूस" करते हैं (दबाव एक अच्छा उदाहरण है)।

साइड नोट: जबकि द्रव्यमान एक बल नहीं है, वज़न एक बल है, जबकि दो शब्दों का इस्तेमाल रोज़मर्रा की सेटिंग में एक दूसरे के लिए किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि वजन गुरुत्वाकर्षण का एक कार्य है, और चूंकि कुछ लोग पृथ्वी को लंबे समय तक छोड़ते हैं, इसलिए पृथ्वी पर वस्तुओं का भार प्रभावी रूप से स्थिर होता है, जैसे कि उनका द्रव्यमान सचमुच स्थिर होता है।

एक्सेलेरोमीटर, जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है, त्वरण को मापता है, लेकिन केवल रैखिक त्वरण। इसका मतलब यह है कि ये उपकरण कई त्रि-आयामी जाइरोस्कोप अनुप्रयोगों में विशेष रूप से उपयोगी नहीं हैं, हालांकि वे हैं उन स्थितियों में काम आता है जिनमें गति की दिशा केवल एक आयाम में घटित हो सकती है (उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट लिफ्ट)।

एक्सेलेरोमीटर एक प्रकार का जड़त्वीय सेंसर है। एक जाइरोस्कोप दूसरा है, सिवाय इसके कि जाइरो कोणीय त्वरण को मापता है। और, हालांकि इस विषय के दायरे से बाहर, एक मैग्नेटोमीटर एक तीसरे प्रकार का जड़त्वीय सेंसर है, यह चुंबकीय क्षेत्र के लिए उपयोग किया जाता है। आभासी वास्तविकता (वीआर) उत्पाद उपयोगकर्ताओं के लिए अधिक मजबूत और यथार्थवादी अनुभव उत्पन्न करने के लिए संयोजन में इन जड़त्वीय सेंसर को शामिल करते हैं।