إزالة الغموض عن الجيروسكوب: فهم تقنية المدوار ومبدأ عملها

الجيروسكوب (المدوار)

الجيروسكوب هو جهاز يتكون من عجلة دوارة تدور بسرعة داخل إطار، ويستخدم هذا الجهاز في قياس انحراف الجسم عن الاتجاه المرغوب فيه.

آلية عمل الجيروسكوب

تختلف آلية عمل الجيروسكوب، إذ يمكن لهذا الجهاز التحرك حول محور الدوران بطرق متعددة أو الاحتفاظ بتوازنه عند وضعه على إصبع أو خيط، أو مقاومة تأثير الجاذبية من خلال ظاهرة تُعرف بالاستباقية. فعلى سبيل المثال، عندما يتم تدوير الجيروسكوب حول محوره، فإنه يدور بزاوية قائمة بالنسبة لمحور القوة ويتفاعل مع هذه القوة على امتداد محور عمودي على القوة المدخلة. عند تطبيق القوة على المحور، يتحرك الجزء العلوي من الجيروسكوب إلى اليسار، بينما يتحرك الجزء السفلي إلى اليمين.

إذا كان الجيروسكوب ساكنًا، فإن العجلة تتعرض للخلل نتيجة تأثرها بالقوة الممارسة، وهذا يتماشى مع قانون نيوتن الأول الذي ينص على أن الجسم المتحرك سيبقى متحركًا بنفس السرعة وفي خط مستقيم ما لم تؤثر عليه قوة غير متزنة. وبسبب التأثير بالقوة، يستمر الجزء العلوي في الحركة إلى اليسار ولكنه يتأثر بالدوران أيضًا مما يجعله يستدير، وكذلك الجزء السفلي الذي يتحرك لليمين. هذا يصبح واضحًا عندما تستقبل أجزاء الجيروسكوب القوى في نقطة معينة، حيث تدور الأجزاء باتجاهات مختلفة. فعند حدوث دوران بزاوية 90 درجة، تحاول الأجزاء العليا التحرك لليسار بينما تتجه الأجزاء السفلى لليمين، مما ينتج عنه حركة استباقية.

استخدامات الجيروسكوب

تُستخدم الجيروسكوبات في مجموعة متنوعة من المجالات الحيوية المتقدمة، ومن أهم هذه الاستخدامات:

• أنظمة البوصلات.
• أنظمة الطيران الآلي على السفن والطائرات.
• آليات توجيه الطوربيدات.
• نظم التوجيه الذاتي المستخدمة في الفضاء بمركبات الإطلاق، وفي توجيه الأقمار الصناعية والصواريخ الباليستية.

أنواع الجيروسكوبات

توجد عدة أنواع من الجيروسكوبات، ومن أبرزها:

الجيروسكوبات الميكانيكية

تُعتبر الجيروسكوبات الميكانيكية كلاسيكية وتعتمد على مبدأ الزخم الزاوي، حيث تحافظ على موضعها وثباتها حتى عند إمالة مجموعة gimbal. مثال على ذلك، عجلة الغزل التي تحتفظ باتجاهها الأصلي في الفضاء رغم دوران الأرض. وقد تم تطوير البوصلة الجيروسكوبية بواسطة العالم الألماني هيرمان أنشوتز واستخدمها في الغواصات، ثم انتقلت هذه التقنية إلى الطيار الآلي لضمان استمرار الطائرات في مسارها، بالإضافة إلى استخدامها في السفن وفي الأفق الصناعي للطائرات.

الجيروسكوبات أوتوماتيكية التوجيه

تم استعمال الجيروسكوبات أوتوماتيكية التوجيه لتصحيح حركة الدوران والانعطاف في الصواريخ الجوالة والصواريخ الباليستية الألمانية خلال الحرب العالمية الثانية. كما تم تطوير مناظير القنابل ورادارات الهوائيات على السفن، إضافة إلى منصات حمل الأسلحة.

الجيروسكوبات الضوئية

تتميز الجيروسكوبات الضوئية بكونها تخلو تقريبًا من الأجزاء المتحركة، وقد استخدمت في الصواريخ الداعمة والطائرات التجارية والأقمار الصناعية. تعتمد هذه الأنظمة على تقنية سانياك (Sagnac)، التي تنسب إلى العالم الفرنسي سانياك، والتي تقسم شعاع الضوء إلى جزء يتحرك في اتجاه عقارب الساعة وآخر عكس الاتجاه حول منصة دوارة. وتعود الحزمة التي تتحرك مع اتجاه الدوران إلى نقطة الأصل بعد جزء من الزمن مقارنةً بالحزمة الأخرى، مما يؤدي لاكتشاف التداخل الهامشي الذي يعتمد بدقة كبيرة على معدل دوران القرص الدوار.