Evrenin dengeleyicisi: Jiroskop

Jiroskobun ya da daha doğru tabirle cayroskop dendiğinde eksen çevresinde hızla dönen bir teker ile bu tekerin yerleştirdiği ve dönme eksenenin doğrultusunun kolaylıkla değişmesine olanak sağlayan bir çerçeveden oluşan bir aleti gözümüzde canlandırabilirsiniz. Jiroskobun içindeki tekerin dönme ekseni doğrultusunun aynı kalmasını sağlar; bu özellikten bir çok önemli uygulama alanında yararlanılıyor. Bir çok aşamalardan sonra çıkarılan 4 ve 3 boyutlu denklemleri de mevcut. Bu konuda jiroskobun büyülü dengesini izlemek için ise aşağıdaki videoyu izleyebilirsiniz:
 

Jiroskop gemi ve uçaklardaki pusula ve otopilot gibi çeşitli aygıtlarda, torpillerin dümen mekanizmalarında , büyük gemilerin yalpa giderici donanımlarında ve eylemsizlikle güdüm sistemlerinde kullanılıyor. Yani bir çok mekanik alette mevcut ve çok önemli bir sistem. Hatırlarsanız bir ara Hubble Uzay Teleskopu arızalanmıştı. İşte o sırada jiroskobunda yer problemi vardı ve bozulmuştu; tamiri de bayağı uzun sürmüştü. Uzayın dengesi ve Dünyanın seyri jiroskop bu kadar önemli. Eğlence sektöründe de oldukça önemli yeri var. NASA’nın çocuklar ve büyükler için hazırladığı aynı zamanda ülkemizde İTÜ ve Tübitak’ta da yer alan Uzay programlarında jiroskop mutlaka kullanılmaktadır.

Jiroskobu icat eden ise  alete adını veren 19. yüzyıl bilimadamı J.B.L. Foucault’tur. Foucault’un jiroskobu , kardan askı biçimindeki dengeleme çemberlerine yerleştirilmiş bir tekerden ya da rotordan oluşuyordu. Dengeleme çemberlerinin işlevi ise rotorun dönme ekseninin her doğrultuda rahatça değişmesini olanaklı kılar. 1850’lerde bu türden bir rotorla çeşitli deneyler gerçekleştiren Foucault, teker dönmeye başladığında uzaydaki ilk yönelimini, Yer’in dönme etkisinden bağımsız bir biçimde koruduğunu, başka bir deyişle jiroskobun ekseninin Yer’in eksenine göre değişmez bir konumda kaldığını gösterdi. Bu özellik eminim size Contact filmini hatırlatmıştır bile.

Jiroskop bunları başarırken değişik fikirlerde ortaya hemen çıktı tabiiki. Jiroskobun bahettiğimiz yönelimini koruma özelliği , ondan gösterge olarak yararlanılmasını akla getirdi. Ama ilk işe yarar jiroskopla ancak 1910’da, bir Alman savaş gemisinde uygulamaya konuldu. 1911’de ise ABD’de Elmer. A. Sperry, cayropusula üretimine geçti ve kısa sürede İngiltere’de benzer çalışmalar başlatıldı.

1909’da Sperry, jiroskobun doğrultu koruma özelliğinden uçak rotolarında sabit tutma amacıyla yararlanarak ilk otopilot düzeneğini geliştirdi ki bu devrim sayılabilir. Gemilerde kullanılan ilk otopilot ise 1916’da Almanya’daki Kiel’de Anshütz şirketi tarafından üretildi ve bir Danimarka gemisine takıldı. 1916’da ayrıca, uçaklar için yapay ufuk oluşturmakta üç askılı bir jiroskoptan yararlanıldı. Bu aygıt, pilota, uçağın öne arkaya ya da sağa sola ne kadar yattığını gösteriyor, özellikle de gözle görülür bir ufuk hattının bulunmadığı durumlarda yararlı oluyordu.

1915’te Sperry Corporation, iki askılı bir jiroskoptan yararlanarak, gemilerin yalpalamasını azaltan, böylece yükün zarar görmesini engelleyen, tekne gövdesi üzerindeki gerilimleri azaltan ve bizlerin gemilerde rahatça dolaşabilimesini sağlayan bir cayrostat geliştirdi. Bu türden bir catrostatın yalpalamayı azaltıcı etkisi oldukça güçlüydü ve geminin hızından bağımsızdı. Ne var ki çeşitli olumsuzlukları da vardı; mesela çok ağırdı, üretim maaliyeti yüksekti ve çok büyüktü. 1925’te Japon gemi yapımcılarının, sualtı kanadı türünden yalpa giderciler, geliştirmeleriyle de cayrostatlar artık gemilere takılmaz oldu.

 

2. Dünya Savaşında Japonların Torpido Jiroskobu .

Şu an koleksiyoncular bunlara 4.500 dolar fiyat biçiyor.
 

Rotoru dönmekte olan üç askılı bir jioaskop çerçevesinin dibinden tutularak ele alındığında, üç eksenden hangisi çevresinde döndürülürse döndürülsün, rotorun mili uzaydaki ilk doğrultusunu korur. Bunu tam manasıyla anlamanız için bir sene Analitik Mekanik dersi görmeniz gerekir desem yalan olmaz. Jiroskobun bu özelliğini bilmeniz durumunda artık “jiroskobun eylemsizliği” ne kendinizi kaptırmış olursunuz. Tekerin dönme hızı azalırsa, jiroskobun eylemsizliği yok olur, rotor mili yalpamaya başlar ve sonunda en uygun konumu alır. Rotorun hızı ve tekerin kütle yoğunluğu merkezden çevreye doğru arttıkça, jiroskop eylemsizliği de güçlenir. Bu nedenle jiroskop eylemsizliği, açısal hıza ve rotorun bir eksen çevresinde serbestçe dönmekte olan bir cismin uzaydaki doğrultusunun sabit kalacağı biçimindeki eylemsizlik ve dönme hareketi yasalarının etkisi altındadır. Böylece rotor, bir dış güç etkimediği sürece, açısal momentumunu yani dönme hareketini koruma eğilimine girer.

Burada ilüzyon kesinlikle yok. Ama jiroskobun sihiri elbetteki var.

Jiroskop eylemsizliğinin sonucunda, Yer’deki bir gözlemci jiroskobun dönme ekseninin belirli bir zaman süresi içinde görünürde değiştiğini izler; ama bu hareket yalnızca Yer’in kendi çevresinde dönmesinden kaynaklanır. Bu olayın dışında kalan tek durum, jiroskobun dönme ekseninin Kutup Yıldızı doğrultusunda olması halinde, gözlemcinin çevresine göre herhangi bir hareketinin görülmemesidir; bunun nedeni dönme ekseninin Yer’in ekseniyle paralel konumda ve gök kutupları doğrultusunda olmasıdır.

 Embrio adı verilen scooter, sağlık ve spor alanında kullanılan Power Ball ve Microsoft’un giyilebilir faresi jiroskop kullanılarak tasarlandı.

Gemilerdeki dengeleyici sistemi yani bizim ayakta sarhoş gibi gezmemesi sağlaması dışında jiroskop bu özelliğini trenlerde de kullanır. Bunun dışında uçaklardaki durum ise biraz farklı. Daha önceden de değindiğim gibi uçak paneline yerleştirilen üç jiroskoplu aygıt, dönme hızı göstergesi, doğrultu jiraskobu ve yapay ufuktur. Bu tür jiroskoplar elektirik motorlarıyla ya da hava jetleriyle çalıştırılabilir. İşin biraz eğlencesine de kaçarsak lego ile yapılan bir jiroskop deneyine aşağıdaki videoyu izleyerek tanıklık edebilirsiniz: