विषय
- जब आप कार को मोड़ते हैं तो आप बाईं ओर क्यों झुकते हैं?
- गायरोस्कोप की उत्पत्ति
- जाइरोस्कोप क्या हैं?
- जाइरोस्कोप का भौतिकी
- एलीट गायरोस्कोप का एक उदाहरण: हबल टेलीस्कोप
- क्यों न्यूटन के पहले कानून को कभी-कभी "कानून का जड़ता" कहा जाता है
- क्या जड़ता एक बल है?
- एक्सेलेरोमीटर माप क्या है?
जाइरोस्कोप, जिसे अक्सर जाइरो कहा जाता है (ग्रीक भोजन की लपेट में भ्रमित नहीं होना), प्रेस की एक बड़ी बात नहीं है। लेकिन इंजीनियरिंग के इस चमत्कार के बिना, दुनिया - और विशेष रूप से, मानव जाति अन्य दुनिया की खोज - मौलिक रूप से अलग होगी। गायरोस्कोप रॉकेटरी और एयरोनॉटिक्स में अपरिहार्य हैं, और एक बोनस के रूप में, एक साधारण गायरोस्कोप एक शानदार चिल्ड टॉय बनाता है।
एक जाइरोस्कोप, हालांकि बहुत सारे चलती भागों के साथ एक मशीन, वास्तव में एक सेंसर है। इसका उद्देश्य जाइरोस्कोप बाहरी वातावरण द्वारा लगाए गए बलों में पारियों के चेहरे में gyroscope के केंद्र में एक घूर्णन भाग की गति को स्थिर रखना है। इनका निर्माण इसलिए किया जाता है कि इन बाहरी पारियों को जाइरोस्कोप भागों के आंदोलनों द्वारा प्रतिसाद दिया जाता है जो हमेशा लगाए गए बदलाव का विरोध करते हैं। यह उस तरह से विपरीत नहीं है जिस तरह से एक स्प्रिंग-लोडेड दरवाजा या मूसट्रैप इसे खोलने के आपके प्रयासों का विरोध करेगा, यदि आपके स्वयं के प्रयासों में वृद्धि होती है, तो सभी अधिक बलपूर्वक। एक जाइरोस्कोप, हालांकि, एक वसंत की तुलना में बहुत अधिक जटिल है।
जब आप कार को मोड़ते हैं तो आप बाईं ओर क्यों झुकते हैं?
"बाहरी बल" का अनुभव करने का क्या मतलब है, जो कि एक नई ताकत के अधीन है जब वास्तव में कुछ भी नया आपको छू नहीं रहा है? विचार करें कि जब आप एक कार की यात्री सीट पर होते हैं जो एक स्थिर गति से सीधी रेखा में यात्रा कर रही होती है। क्योंकि कार तेज या धीमी नहीं हो रही है, आपके शरीर में कोई रैखिक त्वरण का अनुभव नहीं होता है, और क्योंकि कार मुड़ नहीं रही है, तो आप कोणीय त्वरण का अनुभव नहीं करते हैं। क्योंकि बल द्रव्यमान और त्वरण का उत्पाद है, आप इन परिस्थितियों में कोई शुद्ध बल का अनुभव नहीं करते हैं, भले ही आप 200 मील प्रति घंटे की गति से आगे बढ़ रहे हों। यह न्यूटन के पहले गति के नियम के अनुसार है, जिसमें कहा गया है कि किसी वस्तु पर आराम तब तक रहेगा, जब तक कि किसी बाहरी बल द्वारा उस पर कार्रवाई नहीं की जाती है, और यह भी कि एक वस्तु एक ही दिशा में निरंतर वेग से चलती रहती है, जब तक कि उसका सही मार्ग साथ नहीं चलता एक बाहरी बल के अधीन।
जब कार दाईं ओर मुड़ती है, हालांकि, जब तक आप अपनी कार की सवारी में कोणीय त्वरण के अचानक परिचय का मुकाबला करने के लिए कुछ भौतिक प्रयास नहीं करते हैं, तो आप अपने बाईं ओर चालक की ओर झुकेंगे। आप बिना नेट बल का अनुभव किए चले गए हैं, बल का अनुभव करने के लिए सर्कल के केंद्र से सीधे बाहर की ओर इशारा करते हुए कार बस ट्रेस करना शुरू कर दिया है। क्योंकि छोटे दिए गए रैखिक वेग में अधिक कोणीय त्वरण के परिणामस्वरूप बदल जाता है, जब आपका ड्राइवर तेज मोड़ बनाता है, तो बाईं ओर झुकाव करने की आपकी प्रवृत्ति अधिक स्पष्ट होती है।
आपकी अपनी, अपनी सीट पर खुद को उसी स्थिति में रखने के लिए केवल पर्याप्त विरोधी झुकाव वाले प्रयास को लागू करने का सामाजिक रूप से निपुण अभ्यास, जाइरोस्कोपों के अनुरूप है, भले ही अधिक जटिल - और प्रभावी तरीके से।
गायरोस्कोप की उत्पत्ति
गाइरोस्कोप को औपचारिक रूप से 19 वीं शताब्दी के मध्य में और फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लियोन फौकौल्ट के मध्य में खोजा जा सकता है। Foucault शायद उस पेंडुलम के लिए जाना जाता है जो उसका नाम लेता है और उसका अधिकांश काम प्रकाशिकी में करता है, लेकिन वह एक ऐसा उपकरण लेकर आया, जिसका उपयोग वह पृथ्वी के घूर्णन को प्रदर्शित करने के लिए करता था, जिससे वह प्रभाव में आया, रद्द कर दिया या डिवाइस के अंतर भागों पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को अलग करता है। इस प्रकार इसका अर्थ था कि जब वह घूम रहा था उस समय के दौरान गायरोस्कोप व्हील के रोटेशन की धुरी में कोई भी परिवर्तन पृथ्वी के रोटेशन से लगाया गया था। इस प्रकार एक जाइरोस्कोप का पहला औपचारिक उपयोग सामने आया।
जाइरोस्कोप क्या हैं?
जाइरोस्कोप के मूल सिद्धांत को अलगाव में कताई साइकिल पहिया का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है। यदि आप पहिए के बीच में रखी एक छोटी धुरी द्वारा प्रत्येक तरफ पहिए को पकड़ना चाहते थे (जैसे एक कलम) और किसी ने पहिए को घुमाया तो आपने इसे पकड़ लिया, तो आप देखेंगे कि यदि आपने पहिया को एक तरफ करने की कोशिश की , यह उस दिशा में आसानी से नहीं चलेगा, जितना आसानी से अगर यह कताई नहीं होती। यह आपके चयन की किसी भी दिशा के लिए है और कोई भी बात नहीं है कि अचानक आंदोलन कैसे शुरू किया जाता है।
शायद अंतरतम से बाहरीतम तक एक जाइरोस्कोप के हिस्सों का वर्णन करना सबसे आसान है। सबसे पहले, केंद्र में एक घूर्णन शाफ्ट या डिस्क है (और जब आप इसके बारे में सोचते हैं, ज्यामितीय रूप से बोल रहे हैं, एक डिस्क बहुत कम, बहुत व्यापक शाफ्ट से अधिक कुछ नहीं है)। यह व्यवस्था का सबसे भारी घटक है। डिस्क के केंद्र से गुजरने वाले धुरा को लगभग घर्षण-रहित बॉल बेयरिंग द्वारा एक परिपत्र घेरा से जोड़ा जाता है, जिसे जिम्बल कहा जाता है। यहीं से कहानी अजीब और बेहद दिलचस्प हो जाती है। यह जिम्बल खुद भी इसी तरह के बॉल बेयरिंग द्वारा दूसरे जिम्बल से जुड़ा होता है, जो कि थोड़ा सा चौड़ा होता है, ताकि भीतर का जिम्बल सिर्फ बाहरी गिम्बल की सीमा में स्वतंत्र रूप से घूम सके। एक-दूसरे से जुए के लगाव के बिंदु केंद्रीय डिस्क के रोटेशन के अक्ष के लंबवत रेखा के साथ हैं। अंत में, बाहरी जिम्बल एक तीसरे घेरा के लिए अभी तक अधिक चिकनी-ग्लाइडिंग बॉल बेयरिंग द्वारा जुड़ा हुआ है, यह एक गाइरोस्कोप के फ्रेम के रूप में सेवारत है।
(यदि आपको पहले से ही हवन करना है, तो आपको एक जाइरोस्कोप के आरेख से परामर्श करना चाहिए या संसाधनों में लघु वीडियो देखना चाहिए; अन्यथा, यह सब कल्पना करना लगभग असंभव है!)
जाइरोस्कोप के कार्य की कुंजी यह है कि तीन परस्पर जुड़े हुए लेकिन स्वतंत्र रूप से घूमने वाले गिंबल्स तीन विमानों या आयामों में गति की अनुमति देते हैं। यदि कुछ आंतरिक शाफ्ट के रोटेशन की धुरी को संभावित रूप से खराब करने के लिए थे, तो इस गड़बड़ी का तीनों आयामों में एक साथ विरोध किया जा सकता है क्योंकि गिंबल्स एक समन्वित तरीके से बल को "अवशोषित" करते हैं। अनिवार्य रूप से क्या होता है, जैसा कि दो आंतरिक रिंग जो भी गड़बड़ी का अनुभव करते हैं उसके जवाब में घूमते हैं, उनके संबंधित अक्षों के रोटेशन एक विमान के भीतर झूठ बोलते हैं जो शाफ्ट के रोटेशन के अक्ष के लंबवत रहता है। यदि यह विमान नहीं बदलता है, तो न तो शाफ्ट दिशा है।
जाइरोस्कोप का भौतिकी
टोक़ बल है पर सीधे के बजाय रोटेशन की धुरी के बारे में लागू होता है। इस प्रकार यह रैखिक गति के बजाय घूर्णी गति पर प्रभाव डालता है। मानक इकाइयों में, यह "लीवर आर्म" (वास्तविक या काल्पनिक केंद्र से घूर्णन की दूरी; सोचो "त्रिज्या") से कई गुना बल है। इसलिए इसमें N⋅m की इकाइयाँ हैं।
एक्शन में जो गायरोस्कोप होता है, वह किसी भी लागू टॉरेट्स का पुनर्वितरण होता है ताकि ये केंद्रीय शाफ्ट की गति को प्रभावित न करें। यहां यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एक जाइरोस्कोप का उद्देश्य कुछ को सीधी रेखा में रखना नहीं है; यह कुछ चलते रहने के लिए है निरंतर घूर्णी वेग के साथ। यदि आप इसके बारे में सोचते हैं, तो आप शायद कल्पना कर सकते हैं कि चंद्रमा या अधिक दूर के स्थानों पर जाने वाले अंतरिक्ष यान बिंदु-दर-बिंदु नहीं जाते हैं; बल्कि, वे विभिन्न निकायों द्वारा लगाए गए गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करते हैं और प्रक्षेपवक्र, या घटता में यात्रा करते हैं। चाल यह सुनिश्चित करने के लिए है कि इस वक्र के पैरामीटर स्थिर रहें।
यह ऊपर उल्लेख किया गया था कि जाइरोस्कोप के केंद्र को बनाने वाला शाफ्ट या डिस्क भारी हो जाता है। यह असाधारण गति से घूमता है - हबल टेलीस्कोप पर जाइरोस्कोप, उदाहरण के लिए, 19,200 रोटेशन प्रति मिनट, या 320 प्रति सेकंड। सतह पर, यह बेतुका लगता है कि वैज्ञानिक इस तरह के संवेदनशील उपकरण को बेकार में फ्रीचेलिंग (शाब्दिक रूप से) घटक को इसके बीच में रखकर चूसेंगे। इसके बजाय, ज़ाहिर है, यह रणनीतिक है। भौतिकी में संवेग, बस द्रव्यमान समय वेग है। इसके विपरीत, कोणीय गति है जड़ता (द्रव्यमान को शामिल करने वाली एक मात्रा, जैसा कि आप नीचे देखेंगे) बार कोणीय वेग। नतीजतन, पहिया तेजी से घूम रहा है और अधिक द्रव्यमान के माध्यम से इसकी जड़ता अधिक है, शाफ्ट के पास अधिक कोणीय गति है। नतीजतन, जिंबल और बाहरी जाइरोस्कोप घटकों में बाहरी टोक़ के प्रभाव को म्यूट करने के लिए एक उच्च क्षमता है इससे पहले कि टोक़ अंतरिक्ष में शाफ्ट अभिविन्यास को बाधित करने के लिए पर्याप्त स्तर तक पहुंचता है।
एलीट गायरोस्कोप का एक उदाहरण: हबल टेलीस्कोप
प्रसिद्ध हबल टेलीस्कोप में इसके नेविगेशन के लिए छह अलग-अलग जाइरोस्कोप शामिल हैं, और इनको समय-समय पर बदलने की आवश्यकता होती है। इसके रोटर की गतिमान घूर्णी गति का अर्थ है कि गायरोस्कोप के इस कैलिबर के लिए बॉल बेयरिंग असंभव है। इसके बजाय, हबल गैस बियरिंग वाले जाइरोस्कोप का उपयोग करता है, जो वास्तव में घर्षण रहित घूर्णी अनुभव के करीब के रूप में पेश करते हैं क्योंकि मानव द्वारा निर्मित कुछ भी घमंड कर सकता है।
क्यों न्यूटन के पहले कानून को कभी-कभी "कानून का जड़ता" कहा जाता है
जड़ता गति और दिशा में परिवर्तन का प्रतिरोध है, जो कुछ भी वे हैं। यह सदियों पहले आइजैक न्यूटन द्वारा निर्धारित औपचारिक घोषणा का लेट संस्करण है।
रोजमर्रा की भाषा में, "जड़ता" आमतौर पर स्थानांतरित करने के लिए एक अनिच्छा को संदर्भित करती है, जैसे कि, "मैं लॉन को पिघलाने जा रहा था, लेकिन जड़ता ने मुझे सोफे पर पिन कर दिया।" हालांकि, यह अजीब होगा कि कोई व्यक्ति जो अभी-अभी 26.2 मील की मैराथन के अंत तक पहुँच गया है, जड़ता के प्रभाव के कारण रुकने से इनकार करता है, भले ही भौतिकी के दृष्टिकोण से यहाँ शब्द का उपयोग समान रूप से स्वीकार्य होगा - यदि धावक एक ही दिशा में और एक ही गति से चलता रहा, तकनीकी रूप से वह कार्य में जड़ता होगी। और आप उन स्थितियों की कल्पना कर सकते हैं जिनमें लोग कहते हैं कि वे जड़ता के परिणामस्वरूप कुछ करने से रोकने में विफल रहे, जैसे, "मैं कैसीनो छोड़ने जा रहा था, लेकिन जड़ता ने मुझे टेबल से टेबल पर रखा।" (इस मामले में, "गति" बेहतर हो सकती है, लेकिन केवल अगर खिलाड़ी जीत रहा है!)
क्या जड़ता एक बल है?
कोणीय गति के लिए समीकरण है:
L = Iω
जहां L में kg kg m की इकाइयाँ हैं2/ एस। चूँकि कोणीय वेग की इकाइयाँ, ular, पारस्परिक सेकंड हैं, या s-1, I, जड़ता, किलो ⋅ मी की इकाइयाँ हैं।2। बल की मानक इकाई, न्यूटन, ⋅ m / s में टूट जाती है2। इस प्रकार जड़ता एक बल नहीं है। यह वाक्यांश "जड़ता के बल" को मुख्य धारा में प्रवेश करने से नहीं रखता है, जैसा कि अन्य चीजों के साथ होता है जो बलों की तरह "महसूस" करते हैं (दबाव एक अच्छा उदाहरण है)।
साइड नोट: जबकि द्रव्यमान एक बल नहीं है, वज़न एक बल है, जबकि दो शब्दों को रोजमर्रा की सेटिंग में परस्पर उपयोग किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि वजन गुरुत्वाकर्षण का एक कार्य है, और चूंकि कुछ लोग कभी भी लंबे समय तक पृथ्वी छोड़ते हैं, पृथ्वी पर वस्तुओं का भार प्रभावी रूप से निरंतर होता है जैसे कि उनके द्रव्यमान शाब्दिक रूप से स्थिर होते हैं।
एक्सेलेरोमीटर माप क्या है?
एक एक्सेलेरोमीटर, जैसा कि नाम का तात्पर्य है, त्वरण को मापता है, लेकिन केवल रैखिक त्वरण। इसका मतलब यह है कि ये उपकरण कई तीन-आयामी गायरोस्कोप अनुप्रयोगों में विशेष रूप से उपयोगी नहीं हैं, हालांकि वे उन परिस्थितियों में काम करते हैं जिनमें गति की दिशा केवल एक आयाम में घटित हो सकती है (जैसे, एक विशिष्ट लिफ्ट)।
एक्सेलेरोमीटर एक प्रकार का जड़त्वीय सेंसर है। एक जाइरोस्कोप एक और है, सिवाय इसके कि जाइरो कोणीय त्वरण को मापता है। और, हालांकि इस विषय के दायरे से बाहर, एक मैग्नेटोमीटर एक तीसरे प्रकार का जड़त्वीय सेंसर है, यह एक चुंबकीय क्षेत्रों के लिए उपयोग किया जाता है। आभासी वास्तविकता (वीआर) उत्पाद उपयोगकर्ताओं के लिए अधिक मजबूत और यथार्थवादी अनुभवों का उत्पादन करने के लिए इन निष्क्रिय सेंसर को शामिल करते हैं।