ما هو الجيروسكوب وكيف يعمل؟

Gyroscope

في هذا المقال سنتحدث عن الجيروسكوب (Gyroscope) وفيزياءه. قد تتساءل عن سبب سقوط الدراجة في حالة توقف تام، ولكن يمكن للدراجة المتحركة أن تحافظ على توازنها؟ تعتبر فيزياء الجيروسكوب من أصعب المفاهيم في الفيزياء والتي تتطلب عناية واهتمامًا كبيرين. تتناول هذه المقالة فيزياء الجيروسكوب وتطبيقاتها وتاريخها.

ما هو الجيروسكوب (Gyroscope

Gyroscope عبارة عن جهاز يتكون من عجلة سريعة أو شعاع ضوئي دوار يستخدم لاكتشاف انحراف الجسم في الاتجاه المقصود. تُستخدم الجيروسكوبات في البوصلات والطيار الآلي على السفن والطائرات، وفي آليات توجيه الطوربيد (Torpedo guiding mechanisms)، وفي أنظمة التوجيه الداخلية المثبتة في قاذفات الفضاء، والصواريخ الباليستية، والأقمار الصناعية الدوارة. نقسم الجيروسكوبات إلى فئتين عامتين، وهما الجيروسكوب الميكانيكي والجيروسكوب البصري، والتي يتم تقديمها في الأنواع التالية من الجيروسكوبات.

الجيروسكوب الميكانيكي

الجيروسكوب الميكانيكي

سميت الجيروسكوبات الميكانيكية على اسم المبدأ الذي اكتشفه في القرن التاسع عشر «جان برنارد ليون فوكو»(Jean-Bernard-Léon Foucault)، عالم الفيزياء الفرنسي الذي أطلق على الجيروسكوب عجلة أو دوار مثبت على حلقات جيمبال. سمح الزخم الزاوي الدوار للدوار بالحفاظ على موضعه حتى عندما تم إمالة مجموعة gimbal. في خمسينيات القرن التاسع عشر، أجرى فوكو تجربة باستخدام مثل هذا الدوار وأظهر أن عجلة الغزل تحافظ على اتجاهها الأصلي في الفضاء بغض النظر عن دوران الأرض.

قدمت هذه القدرة العديد من التطبيقات للجيروسكوب كمؤشر للاتجاه، وفي عام 1908 تم تطوير أول Gyroscope عملي من قبل المخترع الألماني «أنشوتز کیمفه»(H. Anschütz-Kaempfe) لاستخدامه على العوامة. في عام 1909، قام المخترع الأمريكي «إلمر.اسبري» (Elmer A. Sperry)  ببناء أول طيار آلي باستخدام جيروسكوب لإبقاء الطائرة على المسار الصحيح. تم تركيب أول طيار آلي لسفن على متن سفينة ركاب دنماركية من قبل شركة ألمانية في عام 1916، وفي نفس العام تم استخدام Gyroscope لتصميم أول أفق اصطناعي للطائرة.

الجيروسكوب الميكانيكي

جيروسكوب بثلاثة إطارات أو حلقات (الصورة اليسرى) وجيروسكوب بإطارين أو حلقتين (الصورة اليمنى)

تم استخدام الجيروسكوبات منذ صواريخ V-1 و V-2 الألمانية في الحرب العالمية الثانية للتوجيه التلقائي والتصحيح عن بُعد والدوران في صواريخ كروز والباليستية. خلال هذه الحرب أيضًا، أدت قدرة الجيروسكوبات على تحديد الاتجاه بدرجة عالية من الدقة، جنبًا إلى جنب مع آليات التحكم المتطورة، إلى تطوير بنادق وقاذفات ومنصات ثابتة لحمل الأسلحة وهوائيات الرادار على متن السفن. تتطلب أنظمة التوجيه الداخلية التي تستخدمها المركبات الفضائية المدارية منصة صغيرة مثبتة بدرجة غير عادية من الدقة. يتم ذلك عن طريق الجيروسكوبات التقليدية. تُستخدم أيضًا أجهزة أكبر وأثقل تسمى دورات الحركة (أو دورات التفاعل) في أنظمة التحكم في الاتجاه الجغرافي لبعض الأقمار الصناعية.

الجيروسكوب البصري أو النوري (optical gyroscope)

تُستخدم الجيروسكوبات البصرية، بدون أجزاء متحركة، في الطائرات التجارية والصواريخ الداعمة والأقمار الصناعية الدوارة. تعتمد هذه الأجهزة على عمل «سایناك»(Sagnac) وقد تم تقديمها لأول مرة للجمهور في عام 1913 من قبل العالم الفرنسي جورج سايناك(Georges Sagnac). في ما قدمه سيناك، انقسم شعاع من الضوء بطريقة تحرك الجزء في اتجاه عقارب الساعة والجزء عكس اتجاه عقارب الساعة حول منصة دوارة. على الرغم من أن كلا العوارض تحركت في حلقة مغلقة، فإن الحزمة التي تحركت في اتجاه دوران المنصة عادت إلى نقطة البداية بعد فترة وجيزة من عودة الحزمة المعاكسة إلى نقطة البداية. نتيجة لذلك، تم اكتشاف نمط تداخل متقطع (نطاقات الضوء والظلام بالتناوب)، والتي تعتمد على المقدار الدقيق لدوران القرص الدوار.

بدأت الجيروسكوبات المستخدمة في عمل سانیاك في التطور في الستينيات بعد اختراع الليزر وتطوير الألياف البصرية(fiber optics). في الجيروسكوب الحلقي الليزري(ring laser gyroscope)، تنحرف أشعة الليزر وتنقسم ثم يتم توجيهها في اتجاهين متعاكسين بواسطة أله نقلیه من خلال ثلاث حلقات مجوفة متصلة عموديًا. في الواقع، الحلقات عادة ما تكون مثلثات أو مربعات أو مستطيلات مليئة بالغازات الخاملة التي من خلالها تنعكس الأشعة على المرآة. أثناء دوران السيارة أو خطواتها، يتم قياس أنماط التداخل التي تم إنشاؤها في حلقات الجيروسكوب بواسطة الخلايا الكهروضوئية(photoelectric cells). يتم بعد ذلك دمج أنماط الحلقات الثلاث عدديًا لتحديد مقدار دوران الكائن في ثلاثة أبعاد. نوع آخر من Gyroscope الضوئي هو جيروسكوب الألياف البصرية، والذي يستخدم أنابيب ومرايا مجوفة لتمرير الضوء عبر ألياف رفيعة ملفوفة بإحكام حول بكرة صغيرة.

أنواع Gyroscope

جيروسكوبات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)

جيروسكوبات MEMS هي في الأساس جيروسكوبات صغيرة موجودة في الأجهزة الإلكترونية. تعتمد هذه الجيروسكوبات على بندول فوكو(Foucault’s pendulum) وتستخدم عنصر اهتزاز.

جيروسكوب طنين نصف الكرة (HRG)

HRG، المعروف أيضًا باسم جيروسكوب الشراب الزجاجي أو جيروسكوب الفطر، يستخدم قشرة نصف كروية صلبة رفيعة مثبتة بجذع سميك. ينقل الغلاف، الذي تم إنشاؤه بواسطة القوى الكهروستاتيكية(electrostatic forces)، صدى انثناء بواسطة أقطاب كهربائية موضوعة مباشرة على هياكل كوارتز منصهرة ومنفصلة. تساعد خاصية القصور الذاتي لموجات الانحناء الدائمة في خلق تأثير جيروسكوبي.

جيروسكوب ذوالهیکل الأرتعاشي (CVG)

يُعرف هذا الجيروسكوب أيضًا باسم Vibrating Coriolis Gyroscope (CVG)، وهو عبارة عن هيكل اهتزازي لجيروسكوب يستخدم بنية اهتزازية لتحديد سرعة الدوران.

الجيروسكوب الديناميكي المعدل (DTG)

DTG عبارة عن دوار معلق بمفصلة عامة بمحاور منحنية. إن صلابة الزنبرك الانحناء مستقلة عن سرعة الدوران. لكن القصور الذاتي الديناميكي (بسبب التفاعل الجيروسكوبي) للمحور يخلق صلابة زنبركية سلبية تتناسب مع مربع سرعة الدوران. وبسرعة معينة، فإن هذين العزمين يزيلان تأثير بعضهما البعض ويطلقان الدوار من العزم، ويحولانه إلى جيروسكوب مثالي.

جيروسكوب حلقة الليزر

يستخدم جيروسكوب الليزر الحلقي تأثيرسایناک لحساب الدوران عن طريق قياس التغيير في نمط تداخل الحزمة إلى نصفين، حتى عندما يتحرك النصفان في الاتجاه المعاكس للحلقة. بواسطة سایناک، ينقسم شعاع من الضوء ويتم صنع حزمتين لاتباع نفس المسار ولكن في اتجاهين متعاكسين. بالعودة إلى نقطة الدخول، يُسمح لشعاعين من الضوء بالخروج من الحلقة والتدخل.

جيروسكوب حلقة الليزر
جيروسكوب حلقة الليزر

جيروسكوب الألياف البصرية

يستخدم جيروسكوب الألياف الضوئية تداخلًا ضوئيًا لاكتشاف الدوران الميكانيكي. ينتقل نصفا الحزمة، المقسمان في ملف من كبل الألياف الضوئية، في الاتجاه المعاكس لمسافة 5 كيلومترات.

تاريخ موجز للجيروسكوب

يتكون الجيروسكوب بشكل أساسي من جزء علوي مدمج مع زوج من المحورين. تم اختراع هذه الأداة في العديد من الحضارات المختلفة، بما في ذلك اليونان وروما والصين، على الرغم من أن معظمها لم يستخدم في الواقع كأدوات. كان أول جهاز مشابه للجيروسكوب هو منظار الدوران، أو منظار سيرسون”السبوکولوم الدوار”(Whirling Speculum)، الذي اخترعه جون سيرسون في عام 1743. تم استخدام هذا الجهاز كسطح لتحديد الأفق في ظروف ضبابية أو غائمة.

في عام 1817 كتب الألماني يوهان بونبرغر عن استخدام هذه الأداة كجيروسكوب حقيقي. في عام 1852، استخدمه الفيزيائي الفرنسي ليون فوكو في تجربة شملت دوران الأرض وسمي الجهاز بعد اسمه الحديث، الجيروسكوب. كلمة جيروسكوب مشتقة من الكلمة اليونانية skopeein التي تعني الرؤية والكلمة اليونانية gyros التي تعني الدائرة أو الدوران.

في ستينيات القرن الثامن عشر، سمح ظهور المحركات الكهربائية للجيروسكوب بالدوران إلى أجل غير مسمى. ثم تم تسجيل موجة من الارتجالات باستخدام أول جيروسكوب وظيفي، اخترعه المخترع الألماني هيرمان أنشاتز كايمبي عام 1904. سرعان ما أدركت الأمم الأهمية العسكرية لهذا الاختراع وأدركت كيف يمكن استخدام الجيروسكوبات لأتمتة التوجيه وتصحيح الدوران والحركة في صواريخ كروز والباليستية.

كيف يعمل Gyroscope؟

الجيروسكوب هو في الأساس عبارة عن دوار ضخم مركب في حلقات محتجزة تسمى gimbals. تحتوي المحامل على محامل غير احتكاكية تفصل الدوار المركزي عن عزم الدوران الخارجي. يتم تحديد اتجاه الدوران بواسطة محور الدوران. يدور الدوار في اتجاه واحد وله ثلاث درجات من حرية الدوران. بعد التوازن الكامل بسرعات عالية، يحافظ محور الدوران عالي السرعة على دواره المركزي.

الآن، عندما يتم تطبيق عزم الدوران الخارجي أو الدوران حول محور معين على الجيروسكوب، يمكن قياس الاتجاه باستخدام ظاهرة الأسبقية وانحراف المسار. تشير هذه الأولوية إلى تغيير اتجاه محور الدوران لجسم دوار. بمعنى آخر، عندما يتم تطبيق عزم خارجي على كائن يدور حول محور، يتم إنشاء أسبقية على طول الاتجاه العمودي على محور الدوران.

يتم تحديد هذا الدوران حول محور الدوران ويتم نقل المعلومات حول هذا الدوران إلى محرك أو جهاز آخر يطبق عزم الدوران في الاتجاه المعاكس وبالتالي يلغي الحركة السابقة ويحافظ على الاتجاه. يمكن أيضًا منع الأسبقية باستخدام جيروسكوبين متعامدين مع بعضهما البعض. يمكن قياس سرعة الدوران عن طريق تذبذب عزم الدوران على فترات منتظمة.

وهكذا، خلال الحرب العالمية الثانية، أصبح الجيروسكوب مكونًا رئيسيًا لقيادة الطائرات والمضادة للطائرات والسيطرة عليها. بعد الحرب، تم استخدام الجيروسكوبات في الصواريخ الموجهة وأنظمة الملاحة بالأسلحة الصغيرة. تزن هذه الجيروسكوبات الصغيرة أقل من 85 جرامًا وكان قطرها 2.5 سم تقريبًا.

استخدم الفيزيائي الفرنسي ليون فوكو(Leon Foucault)، الأداة لأول مرة في عام 1852 لإظهار حركة الأرض. عندما يبدأ الجيروسكوب في الدوران، فإن السؤال الأول الذي يتبادر إلى الذهن هو لماذا لا يسقط على الأرض بسبب الجاذبية، وهو ما سنقوم بفحصه في هذه المقالة. توضح الصورة أدناه حركة الجيروسكوب.

حركة الجيروسكوب

حركة الجيروسكوب

يمكن رسم التخطيطي للجيروسكوب على النحو التالي. في هذا الشكل ، السرعة الزاوية الثابتة للقرص مع  ωs ويظهر بالتقدير الدائري في الثانية. ωp يشير إلى السبق ويقاس بالراديان في الثانية. طول الشريط مع L ونصف قطر القرص مع   r مبين. زاوية  θ يمثل الزاوية بين الشريط والخط العمودي على الأرض ولها قيمة ثابتة. عندما القرص بسرعة الزاوية  ωs السرعة التي يتحرك بها الجيروسكوب للأمام حول مفصلة على الأرض تساوي ωs هو (زاوية θ يبقى ثابتًا في هذه الحركة). الآن نريد الإجابة على السؤال المطروح في بداية المقال.

رسم تخطيطي لعزم الدوران

بسبب الدوران المركب والسرعات الزاوية ωs  و ωp ، يتم تطبيق عزم الدوران على القرص الدوار. هذا العزم هو نتاج الضرب الخارجي \underset{w_{s}}{\rightarrow}X\underset{w_{p}}{\rightarrow}  تناسبها. لتحديد اتجاه هذا العزم، نستخدم قانون اليد اليمنى. نتيجة لذلك، يتم تطبيق عزم الدوران على النظام في عكس اتجاه عقارب الساعة. من ناحية أخرى، تتسبب قوة الجاذبية في تطبيق عزم الدوران على القرص في اتجاه عقارب الساعة. يمنع عكس هذين العزمان، وهما اتجاهان متعاكسان، الجيروسكوب من السقوط. يمكننا الآن كتابة معادلات الحركة للجيروسكوب.

التحليل الرياضي لحركة الجيروسكوب

ارسم محاور إحداثيات XYZ على النحو التالي للجيروسكوب. محاور الإحداثيات ثابتة على الأرض.

في الشكل أعلاه ،g يرمز إلى تسارع الجاذبية. تشير البقعة G إلى مركز كتلة القرص. يشار أيضًا إلى موقع الدعم بواسطة P. مبدأ إحداثيات XYZ هو النقطة P. المتجهات J و I و K هي نواقل فردية وتظهر الاتجاهات الإيجابية لمحاور Y و X و Z على التوالي. في هذه الحالة، يتم الحصول على السرعة الزاوية للقرص بالنسبة إلى الأرض على النحو التالي.

Gyroscope

مشتق من الرابطة المذكورة أعلاه مع الوقت، يتم حساب التسارع الزاوي للقرص على النحو التالي.

Gyroscope

كما ذكر آنفا ، ωs  إنه مستقر. نتيجة لذلك، يصبح مشتقها صفراً، ولحساب العلاقة أعلاه، من الضروري فقط الاشتقاق من المتجهات الفردية. بهذه الطريقة، يتم تبسيط علاقة التسارع على النحو التالي.

Gyroscope

نعلم أن السرعة الزاوية لقضيب تُحسب باستخدام المعادلة التالية.

Gyroscope

نظرًا لأن السرعة الزاوية للقضيب ثابتة ولا يتغير اتجاهها، فإن تسارعها الزاوي سيكون صفرًا.

تطبيق التأثير الجيروسكوبي في العالم الحقيقي

إن فهم طبيعة عملية الجيروسكوب يفسر سبب استخدام قرص دوار (مدعوم بمحرك) داخل إطار معدني (jimbal) للتوجيه. يتم تثبيت القرص الدوار داخل الإطار المعدني بحيث لا يدخله أي عزم دوران خارجي. لذلك، لن يتغير اتجاهها إلا بمقدار ضئيل. هذا العامل يجعل الجيروسكوبات تستخدم على نطاق واسع في أنظمة الملاحة بالسفن والقوارب. في هذه الحالة، حتى إذا غيرت السفينة اتجاهها، يظل اتجاه الجيروسكوب كما هو. يوضح الشكل التالي مثالاً على نظام جيروسكوب-جيمبال.

يمكن أيضًا التحقق من استقرار الجيروسكوب في حركة المقذوف. كمثال مألوف، فكر في كرة مستخدمة في كرة القدم الأمريكية لها تناظر محوري وتدور حولها بعد رميها. افترض أنه تم إلقاء هذه الكرة بشكل صحيح. في هذه الحالة، وفقًا للشكل أدناه، لا يتغير اتجاه محورها الطولي أثناء الرحلة. يخلق دوران الكرة استجابةً للقوى الهوائية تأثيرًا جيروسكوبيًا. في هذا المثال، نتعامل مع مجموعة من التسارع الجيروسكوبي، والسحب، ورفع القوى الديناميكية الهوائية. نحن لا نحاول تحليل هذه القضية المعقدة هنا، وقد تم تقديم هذا المثال فقط كتطبيق عملي لتأثير الجيروسكوب.

التقدم أو الأنحراف في Gyroscope

إذا سبق لك العمل مع لعبة الجيروسكوبات، فأنت تعلم أنه يمكنهم القيام بمجموعة متنوعة من الحيل الشيقة. يمكن موازنتها على خيط أو إصبع. يمكنهم مقاومة التحرك حول محور الدوران بطرق غريبة جدًا. لكن التأثير الأكثر إثارة للاهتمام هو الأسبقية أو الانحراف. هذا هو الجزء من الجيروسكوب الذي يبدو أنه ينتهك الجاذبية.

كيف يتم ذلك بواسطة الجيروسكوب؟

هذا هو التأثير الغامض للأسبقية أو الانحراف. بشكل عام، تعمل الحركة على النحو التالي: إذا كان لديك جيروسكوب دوار وحاولت تدوير محور دورانه، فإن الجيروسكوب يحاول بدلاً من ذلك الدوران حول محور بزاوية قائمة على محور قوتك. هذا هو مبين في الشكل أدناه.

حركة الجيروسكوب
في الشكل الأول، يدور الجيروسكوب حول محوره. في الشكل الثاني، يتم تطبيق قوة لتدوير محور دورانها. في الشكل الثالث، يستجيب الجيروسكوب لقوة الإدخال على طول محور عمودي على قوة الإدخال

لماذا يحدث الانحراف أو الأسبقية في الجيروسكوب؟

لماذا يجب أن يظهر الجيروسكوب هذا السلوك؟ يبدو من غير المنطقي تمامًا أن محور عجلة الدراجة يمكن تعليقه في الهواء. إذا نظرت إلى ما يدور في أجزاء مختلفة من الجيروسكوب، سترى أن هذا السلوك طبيعي تمامًا.

لنلقِ نظرة على جزأين صغيرين، أعلى وأسفل الجيروسكوب الدوار. عندما يتم تطبيق القوة على المحور، يحاول الجزء العلوي من Gyroscope التحرك إلى اليسار ويحاول الجزء السفلي من الجيروسكوب التحرك إلى اليمين مثل الصورة. إذا لم يدور الجيروسكوب كما هو موضح في الفيديو السابق، فسوف تسقط العجلة وتصبح في وضع مستقيم. إذا كان Gyroscope يدور، فيجب مراعاة القوانين الفيزيائية التالية.

ينص قانون نيوتن الأول للحركة على أن الجسم المتحرك يستمر في التحرك بسرعة ثابتة على طول خط مستقيم ما لم يتأثر بقوة غير متوازنة. لذلك، تعمل النقطة العلوية للجيروسكوب بالقوة المطبقة على المحور وتتحرك إلى اليسار. بسبب قانون نيوتن الأول للحركة، تستمر هذه النقطة في التحرك إلى اليسار، ولكن يتم تدويرها بواسطة الجيروسكوب.

حركة الجيروسكوب
من خلال تطبيق القوى على المحور، تحاول النقطتان المحددتان التحرك في الاتجاهات المحددة (الصورة اليسرى). أثناء دوران العجلة، تستمر النقطتان في التحرك (في الصورة على اليمين).

هذا التأثير هو سبب الانحراف أو الأسبقية. في الواقع، تستقبل أجزاء مختلفة من Gyroscope قوى عند نقطة واحدة ثم تدور إلى مواقع جديدة. عندما يدور الجزء العلوي من الجيروسكوب 90 درجة إلى الجانب، فإنه سيستمر في التحرك إلى اليسار حسب الرغبة. وينطبق الشيء نفسه على الجزء السفلي من الجيروسكوب. تدور هذه النقطة بمقدار 90 درجة إلى الجانب وتستمر في التحرك إلى اليمين. تقوم هذه القوى بتدوير العجلة إلى الأمام. من خلال الاستمرار في الدوران 90 درجة عند النقاط المحددة، يتم إلغاء حركتهم الرئيسية. لذا فإن محور Gyroscope معلق في الهواء ويظل متحركًا. عندما تنظر إلى حركة Gyroscope من خلال هذه العدسة، ستلاحظ أن هذا الانحراف لا يشبه السحر أو الشعوذة على الإطلاق ويتوافق تمامًا مع قوانين الفيزياء.

ما هو استخدام Gyroscope؟

الجيروسكوبات مبنية في بوصلات السفن والطائرات، وآلية التوجيه في الطوربيدات، وأنظمة الملاحة المثبتة في الصواريخ الباليستية والأقمار الصناعية الدوارة في أماكن أخرى.

لماذا لا تتأثر الجيروسكوبات بالجاذبية؟

قد لا يبدو أن الجاذبية تؤثر عليهم، لكنها تؤثر عليهم. هذا التأثير يرجع إلى مبدأ بقاء الزخم الزاوي.

ما هو تأثير الجيروسكوب؟

يشير هذا التأثير إلى الطريقة التي يسعى بها الكائن الدوار إلى الحفاظ على محور دورانه.

تطبيقات Gyroscope في مختلف الأدوات

يمكن أن تكون الجيروسكوبات كائنات مربكة للغاية لأنها تتحرك بطرق غريبة وحتى الجاذبية لا يبدو أنها تؤثر عليها. يمكن رؤية هذه الميزات الخاصة للجيروسكوب في كل شيء من الدراجة إلى نظام الملاحة المتقدم الذي يعمل على مكوك فضائي مهم. تستخدم الطائرة النموذجية العشرات من الجيروسكوبات في كل شيء من البوصلات إلى الطيار الآلي. تستخدم محطة الفضاء الروسية مير 11 جيروسكوبًا للحفاظ على اتجاهها نحو الشمس، ويحتوي تلسكوب هابل الفضائي على مجموعة من جيروسكوبات الملاحة. تلعب التأثيرات الجيروسكوبية أيضًا دورًا في أجهزة الألعاب مثل یویو و Frisbee.

تأثير كل ما سبق هو أنه عندما تدير الجيروسكوب، فإن محوره يريد أن يظل في نفس الاتجاه الأولي. إذا قمت بتركيب Gyroscope على مجموعة من المحاور، فيمكنه البقاء في نفس اتجاه الدوران الأولي، وهو أساس البوصلة الجيروسكوبية.

إذا قمت بوضع جيروسكوبين يكون محوره في زوايا قائمة مع بعضها البعض في صف واحد على منصة ووضعت المنصة داخل مجموعة من الجيمبلات، فستظل المنصة صلبة تمامًا لأن الجيمبلات ستدور كما يحلو لها. هذا هو أساس أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS).

في INS، تكتشف المستشعرات الموجودة على محاور gimbal متى تدور المنصة. تستخدم INS هذه الإشارات لفهم دوران السيارة بالنسبة للمنصة. إذا أضفت مجموعة من ثلاثة مقاييس تسارع حساسة إلى المنصة، يمكنك تحديد المكان الذي تتجه إليه السيارة بالضبط وكيف تتحرك في جميع الاتجاهات الثلاثة. باستخدام هذه المعلومات، يمكن للطيار الآلي إبقاء الطائرة في مسارها، ويمكن لنظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية وضع القمر الصناعي في المدار المطلوب.

كيف يعمل مستشعر الجيروسكوب على هاتفك الذكي؟

يمكن اعتبار الجيروسكوب بمثابة جهاز يستخدم للحفاظ على الاتجاه المرجعي أو لتثبيت التنقل والمثبتات وما إلى ذلك. وبالمثل، يوجد مستشعر Gyroscope أو جيروسكوب في هاتفك الذكي لاستشعار السرعة الزاوية وتسريع الدوران. ببساطة، جميع الألعاب المحمولة التي يمكننا لعبها على الهواتف والأجهزة اللوحية وما إلى ذلك بسبب مستشعر Gyroscope . وبالمثل، على الهاتف الذكي، يجب أن تكون قادرًا على مشاهدة فيلم أو صورة فوتوغرافية بزاوية 360 درجة ، وبسبب الجيروسكوب، عند تحريك هاتفك، تدور الصورة أو الفيلم وتتحرك.

تطبيقات الجيروسكوب في الهواتف الذكية

فيما يلي سوف نستعرض ونقدم بعض تطبيقات الجيروسكوب في الهواتف الذكية.

  • واجهة مستخدم رسومية لمستشعر الحركة

يوفر الجيروسكوب الموجود على الهواتف الذكية واجهة مستخدم رسومية تمكن المستخدم من تحديد القوائم والتطبيقات عن طريق إمالة الهاتف. يمكنك إمالة الهاتف قليلاً للتمرير لأعلى ولأسفل في قائمة جهات الاتصال. تتيح هذه الميزة للهاتف الذكي تنشيط أوامر محددة مسبقًا بناءً على إيماءات مختلفة. على سبيل المثال، يمكنك هز الهاتف لقفله.

  • الإجابة على الهاتف وفتح صفحة

يمكن لمستشعر الجيروسكوب الموجود على هاتفك الرد على هاتفك أو فتح موقع ويب أو صفحة بأوامر مثل الدوران، وهز الهاتف برفق 2-3 مرات ، وما إلى ذلك.

  • تثبيت الصورة

يعد تثبيت الصورة أحد تطبيقات Gyroscope في هاتفك الذكي ويمنع اهتزاز اليد على جودة الصورة. تتيح هذه الميزة للهاتف التقاط الصور أثناء الضغط على الغالق للمساعدة في التقاط صور أكثر وضوحًا. يزيل هذا التأثير الاهتزازات والاهتزازات من الصورة والفيديو.

  • تحديد المواقع والملاحة

في حالة فقدان الخدمة أو الشبكة ، في الأنفاق أو الطرق تحت الأرض، يستمر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في مساعدة السيارة على التنقل بمساعدة الجيروسكوب.

اللعب مع مستشعر التحكم في الحركة

مع إصدار iPhone 4 ، جعلت Apple من Gyroscope جوهر الألعاب المتحركة. تتيح ميزة المطور هذه للبرنامج التحكم في اللعبة من خلال اكتشاف الإجراءات، وتتيح لك استخدام هاتفك كأمر عند قيادة سيارة في اللعبة أو طائرة، إلخ. تكرر اللعبة عزم الدوران الذي تدخله على هاتفك، بحيث تتحكم في الألعاب باستخدام مستشعر الحركة.

بعض تطبيقات Android المزودة بمستشعر جيروسكوب

فيما يلي بعض تطبيقات Android التي تحقق أقصى استفادة من مستشعر Giro:

  • AndroSensor (+)
  • محلل واي فاي (+)
  • مقياس الميل (+)
  • LightMeter مجاني (+)
  • ميزان حرارة ذكي (+)
  • مقياس مستوى الصوت (+)
  • مراقب معدل ضربات القلب (+)
  • مجموعة أدوات استشعار الفيزياء (+)

بعض تطبيقات iPhone المزودة بمستشعر جيروسكوب

فيما يلي تطبيقات iPhone التي تحقق أقصى استفادة من مستشعر Gyroscope :

  • وقت النوم (+)
  • مناظر السماء (+)

يتم تسويق المزيد والمزيد من التطبيقات بطريقة إبداعية باستخدام مستشعرات جيروسكوبية. كان هناك أيضًا العديد من الابتكارات في الواقع الافتراضي باستخدام الجيروسكوبات في الهواتف الذكية. ومع ذلك، علينا أن ننتظر ونرى الميزات الجديدة التي سيقدمها الجيل القادم من الهواتف الذكية للسوق باستخدام الجيروسكوبات.

استنتاج

كما ترى، فإن طبيعة Gyroscope هي موضوع معقد يتطلب اهتمامًا عميقًا. نأمل من خلال قراءة هذا المقال أن تكون قد اكتسبت فهمًا جيدًا لوظيفة هذا التأثير المادي، وقد أوجدت هذه المقالة حافزًا لك لمعرفة المزيد عن مفاهيم الجيروسكوب. في هذا المقال تحدثنا عن سبب سلوك Gyroscope وأنواع الجيروسكوبات والعلاقات الرياضية التي تحكم حركة الجيروسكوب وتطبيقاتها في الحياة اليومية.

منشور ذات صلة
مرسل الضغط 8 Minutes

أنواع أجهزة ناقل الضغط ومزایاه ومعایبه

أمير مقدم

تكون جهاز إرسال الضغط من قسم لقياس ضغط النظام وقسم لتحويل الضغط إلى إشارة قياسية. مهمة تحويل الطاقة الميكانيكية من ضغط المائع إلى إشارة كهربائية في أجهزة الإرسال هي مسؤولية مستشعر الضغط.

الزيت الهيدروليكي 9 Minutes

الزيت الهيدروليكي| كيفية الاختيار ووقت الاستبدال

أمير مقدم

الزيت الهيدروليكي أو السائل الهيدروليكي هو سائل ينقل الطاقة في الآلات الهيدروليكية. تشمل المعدات التي تستخدم الزيت الهيدروليكي المجارف الميكانيكية والمكابح الهيدروليكية ونظام التوجيه بالإضافة إلى نظام نقل المركبات.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

السلة