STEP #03 - La scienza
Giroscopio: la scienza
La tecnologia attuale permette di costruire giroscopi che sfruttano principi di funzionamento diversi. Esistono infatti giroscopi meccanici, ottici e microelettronici a massa vibrante.
I giroscopi meccanici si basano su un principio scoperto nel
XIX secolo da Jean-Bernard-Léon
Foucault . Il momento angolare del
rotore in rotazione gli ha fatto mantenere il suo assetto anche quando il
gruppo cardanico era inclinato. Durante il 1850 Foucault condusse un
esperimento utilizzando un tale rotore e dimostrò che la ruota che gira
manteneva il suo orientamento originale nello spazio indipendentemente
dalla rotazione della Terra . Questa
capacità ha suggerito una serie di applicazioni per il giroscopio come
indicatore di direzione, e nel 1908 il primo realizzabile la girobussola è stata
sviluppata dall'inventore tedesco H. Anschütz-Kaempfe per l'uso in un
sommergibile.
La girobussolaNel 1909 inventore americano Elmer A.
Sperry ha costruito il primo pilota automatico
che utilizza un giroscopio per mantenere un aereo in rotta.
I giroscopi sono stati utilizzati per la sterzata automatica
e per correggere il movimento di virata e beccheggio nei missili da crociera
e balistici
a partire dal missile tedesco V-1 e Missile V-2 della seconda guerra mondiale .
Razzo V-2Durante quella guerra, la capacità dei giroscopi di definire
la direzione con un grande grado di accuratezza, utilizzata insieme a
sofisticati meccanismi di controllo, portò allo sviluppo di sistemi stabilizzati,
mirini e piattaforme per il trasporto di cannoni e antenne radar a bordo delle
navi.
I giroscopi ottici, praticamente privi di parti mobili, sono
utilizzati in aerei di linea commerciali, razzi booster e satelliti in orbita. Tali
dispositivi si basano sull’ Effetto Sagnac. I giroscopi che utilizzano
l'effetto Sagnac iniziarono ad apparire negli anni '60, in seguito
all'invenzione del laser e
allo sviluppo della fibra ottica . Nel
giroscopio
laser ad anello , i raggi laser vengono divisi e quindi diretti su percorsi
opposti attraverso tre anelli cavi reciprocamente perpendicolari fissati a un
veicolo. In realtà, gli “anelli” sono solitamente triangoli, quadrati o
rettangoli riempiti di gas inerti attraverso
i quali i raggi vengono riflessi da specchi . Quando
il veicolo esegue un movimento di svolta o beccheggio, i modelli di
interferenza creati nei corrispondenti anelli del giroscopio vengono misurati
da cellule
fotoelettriche .
Giroscopio, laser ad anelloI modelli di tutti e tre gli anelli vengono quindi integrati numericamente per
determinare la velocità di virata dell'imbarcazione in tre dimensioni.
Un altro tipo di giroscopio ottico è il giroscopio a fibre
ottiche, che fa a meno di tubi cavi e specchi per far passare la luce
attraverso sottili fibre avvolte strettamente attorno a una piccola bobina.
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