Что такое гироскоп: как работает и зачем нужен

Что такое гироскоп 

Гироскоп – это устройство, способное сохранять ориентацию в пространстве за счет движения вращающегося тела. Гироскоп назван так из-за греческих слов «гиро» и «скопос», что в переводе означает «вращающийся», «смотрящий» или «вращающийся смотрящий». Особенность этого устройства в том, что он всегда сохраняет неизменное положение.

Фото: Midjourney

Заметка №1 Прибор изобрел астроном из Германии Иоганн Боненберге в 1817 году. Но само название появилось в 1852 году. Его придумал французский физик Леон Фуко, который предложил использовать прибор для того, чтобы контролировать изменения направления. В промышленности его впервые использовали в конце XIX века для стабилизации курса торпеды. 

Как устроен гироскоп и как он работает

Гироскоп состоит из вращающегося диска или карданного подвеса, шпильки и нескольких обручей. Благодаря инерции вращения гироскоп остается устойчивым в пространстве. При действии внешних сил гироскоп создает противодействие, поддерживая неизменное положение. Однако это во многом зависит от скорости вращения.

Самый простой пример гироскопа – детская игрушка волчок: тело вращается вокруг оси, которая сохраняет неизменное положение. Если вы толкнете юлу, то она не упадет, а будет вращаться по-прежнему. Но когда скорость вращения снизится, то сила тяжести, то есть внешнее воздействие, опрокинет юлу.

Разновидности гироскопов

Гироскопы разделяют по таким признакам как количество степеней свободы и принцип работы.

Количество степеней свободы

Двухстепенные гироскопы имеют две степени свободы и способны вращаться только вокруг одной оси. Примером двухстепенного гироскопа является классический гироскоп на руле велосипеда, который помогает сохранять равновесие при движении.

Трехстепенные гироскопы имеют три степени свободы и могут вращаться вокруг трех различных осей. Пример трехстепенного гироскопа – триаксиальный гироскоп, который используется в авиации для стабилизации самолетов.

Принцип работы

По принципу работы гироскопы бывают механическими, лазерными и оптическими.

Механические гироскопы используют физические механизмы, такие как вращающиеся диски или роторы, для сохранения устойчивости и ориентации. Они могут быть как двух-, так и трехстепенными. Имеют более простую конструкцию и меньшую точность по сравнению с лазерным гироскопом. Они используются в устройствах бытового назначения, таких как компасы и автомобильные системы стабилизации.

Пример механического гироскопа – гироскопический компас, который используется для определения направления.

Лазерные и оптические гироскопы основаны на использовании лазерного излучения или световых лучей для измерения угловых скоростей и изменения ориентации. Они более точные и чувствительные, чем механические гироскопы.

В геодезической обсерватории Мюнхенского технического университета расположен самый точный лазерный гироскоп. Он фиксирует мельчайшие изменения проекции угловой скорости вращения Земли на входную ось гироскопа.

Примером оптического гироскопа служит фиброинерциальный гироскоп, который используется в навигационных системах космических аппаратов.

Применение гироскопов

Становится понятно, что гироскопы применяются в тех сферах, где необходима высокая точность ориентации в пространстве:

• Авиации – для стабилизации самолетов и вертолетов.
• Морском транспорте – для стабилизации кораблей и подводных лодок.
• Космической технике – для навигации и ориентации космических аппаратов.
• Робототехнике для повышения точности манипуляций.
• Горнодобывающей и нефтегазовой промышленности для контроля наклона бура.
• Смартфонах, планшетах, видеокамерах, очках виртуальной реальности и других «умных» гаджетах.

Зачем гироскоп нужен в телефоне

Гироскоп в телефоне необходим для определения ориентации в пространстве и отклонения угла. Здесь, конечно, нет вращающегося волчка, зато есть микро электромеханическая система (МЭМС). При повороте устройства на МЭМС начинает действовать сила, направленная перпендикулярно движению и части системы изменяют расстояние между собой.

Гироскопом пользуются в различных приложениях, таких как навигация, виртуальная реальность, игры с поддержкой жестов и многих других.

Как это работает

Благодаря гироскопу, телефон выполняет полезные команды:

• показывает направление взгляда на виртуальных картах, например, карте звездного неба;
• в симуляторе игр поворачивает транспорт при наклоне гаджета в руках;
• автоматизирует переключение или перелистывание при встряхивании.

Как проверить наличие гироскопа в телефоне

Чаще всего смартфоны и планшеты оснащены гироскопом, но не у всех моделей есть это преимущество. Существует два простых способа узнать, какие датчики есть на телефоне:

• найти информацию на сайте производителя вашего телефона;
• установить приложение, которое покажет вам информацию о датчике, например, «Датчикер».

Как проверить работоспособность гироскопа

Чтобы проверить работоспособность гироскопа, можно воспользоваться специальным приложением из магазина приложений, таким как «Gyroscope Test». Оно позволит вам провести тест гироскопа и убедиться, что он корректно определяет ориентацию устройства в пространстве.

Фото: Midjourney

Можно поступить еще проще: запустить на YouTube любое видео, которое найдется по ключевому слову 360 video. Если при повороте телефона вы управляете виртуальной камерой, то гироскоп на вашем смартфоне работает. Если же положение изменяется только вручную, то гироскопа в смартфоне нет.

Включить или отключить гироскоп нельзя, так как этот датчик работает независимо от настроек. Если вы выяснили, что гироскопа в телефоне нет, но хотите играть в игры с дополненной реальностью, то единственный выход – купить другой телефон.

Гироскопы играют ключевую роль в технике нашего времени, потому что контролируют стабилизацию и ориентацию в пространстве. Их применяют в самых разных областях, где требуется точное контролирование положения объекта.