Yer Çekimine Meydan Okuyan Alet: Jiroskop! 🎯⚙️

ABONE OL! http://bit.ly/basfi
  / basfiiledeneyselbilim  
  / basfiiledeneyselbilim  
  / basf.basfiiledeneyselbilim  

Yer Çekimine Meydan Okuyan Alet: Jiroskop!🚀

Malzemeler

Jiroskop
İp

Bakın jiroskop böyle bir şey. Dönme hareketinin korunumu ilkesinden yararlanarak açısal konumu veya yönelimini sabit tutan bir cihaz. İki parça. Üsttekini koyduğumda durmuyor. Ancak çevirip koyarsam ooo fıtı fıtı dönüyor. Tutup yönünü değiştirebiliyorum. Yine dönüyor. Ters çevireyim. Yine düşmeden dönüyor. İple deneyelim. İple çekip bırakayım. Yine dönüyor. İple tuttuğumda da dönüyor. Ben bunu biraz topaca da benzetiyorum. Çok haklıyım :) Çünkü topaç temelde aynı fizik ilkesiyle “açısal momentumun korunumu ve jiroskopik etkiyle” çalışıyor. Peki jiroskop nasıl çalışır?

Kütlesi olan ve hareket eden bütün cisimlerin momentumu vardır. Eğer cisim öteleme hareketi yapıyorsa ‘çizgisel momentum’a, dönüyorsa ‘açısal momentum’a sahiptir. Momentumun korunumu yasası gereği sisteme dışarıdan bir kuvvet uygulanmazsa sistem momentumunu korur.

Momentumun korunumuna mesela silahın geri tepmesini, sandaldan iskeleye doğru adım atarken sandalın geri gitmesini ya da denizde bir şeyi ittiğimizde zıt yönde hareket etmemizi örnek verebiliriz.

Jiroskobun beklediğimizden farklı hareketler yapmasının temel sebebi ‘açısal momentum’a sahip olmasıdır. Jiroskopun içindeki disk hızlıca döndürüldüğünde çizgisel momentuma sahip olur. Çizgisel momentum vektöreldir. Momentumun korunumu yasası gereği momentum korunur ancak momentum çizgisel bir büyüklük olduğu için yönü de korunur. Bu sebeple dışarıdan etki edecek yer çekimi gibi kuvvetlere direnme eğilimi gösterir. Aslında yer çekimi kuvveti etkisiyle jiroskopun momentum yönü değişir fakat bu hemen olmayacağı için bir süre boyunca dengede kalıyor gibi gözlemleriz.

Peki Foucault, Dünya’nın dönüşünü jiroskop ile nasıl kanıtlamış?

Hızla dönen bir çarkı iki dik eksenli halkayla yani gimbal ile taşımış. Böylece çark kendi ekseni etrafında serbestçe dönebilmiş. Çarkı döndürdükten sonra sabit bir dürbünle ekseninin gökyüzündeki sabit bir noktaya işaret etmesini sağlamış. Dünya altındaki platform dönerken çarkın işaret ettiği nokta değişmemiş. Böylece Dünya’nın döndüğünü açıkça gözlemlenmiş.

Aslında Dünya’nın kendi ekseni etrafında döndüğü fikrini Copernicus ve Galileo gibi astronomlar çok önce ileri sürmüştü; ama bu onlarca yıl gökyüzü gözlemlerine dayanıyordu. Foucault, 1851’de Paris’te kurduğu meşhur Foucault sarkacı ile yeryüzünde, laboratuvar koşullarında “Dünya dönüyor” diyebilecek ilk doğrudan deneysel kanıtı sunmuş. Yani, Foucault “Dünya’nın döndüğünü” keşfetmemiş ama bu teoriyi mekanik bir deneyle ispatlayan ilk kişi olmuş.

Jiroskobu sadece dünyanın döndüğünü kanıtlamak için kullanıp kenara koymamışlar tabii ki. Günümüzde de “dönme yönelimini” ve hareketi çok hassas ölçmek için pek çok cihazda kullanıyoruz. Mesela akıllı telefon ve tabletlerde ekranların yatay/dikey dönmesini otomatik ayarlamak, oyunlardaki hareket kontrollerini izlemek için içinde küçük MEMS jiroskop sensörleri var. Dijital telefon ve kameralarda video çekerken elimizin titremesini dengeler; gövdeye veya cihaza entegre mini jiroskoplar, sürekli düz bir çekim sağlar. Drone ve uzaktan kumandalı araçlarda uçuş dengesini korumak ve yönlendirmeyi hassaslaştırmak için hem jiroskop hem de ivmeölçer verileri birleştirilir. Elektrikli scooter, hoverboard, segway’lerde sürüş sırasında dengemizi otomatik ayarlar; eğim değişikliklerini anında algılayıp motor gücünü düzenler. Otomotiv güvenlik sistemlerinde araç savrulması veya kayma eğilimi başladığında jiroskop verisiyle tekerleklere fren müdahalesi yaparak dengeyi korur. Akıllı saatlerde kol hareketlerini, spor aktivitelerini adım sayma, yürüyüş koşu analizleri gibi jiroskop verisiyle daha doğru takip eder. VR başlıklarda başın ve el kolun yönelimini milisaniye hassasiyetinde izleyerek sanal dünyadaki bakış açımızı ve etkileşimini stabil kılar.
1851 yılında dünyanın dönüşünü göstermek için bulunan cihaz bugün son teknolojik her üründe kullanılıyor. Yine bilimin gücü diyeceğim başka söze gerek yok. Soru sorayım ben.


SORU: Jiroskobun kendi eksenindeki yönelimini koruma ve dengesini sağlaması hangi fizik yasasına dayanır?

A) Açısal momentumun korunumu
B) Enerjinin korunumu

(Cevap: A)