Natuurkunde

gyroscoop


Inleiding

Gyros betekent in het Grieks cirkel, skopein betekent zien. Met deze twee woorden benoemde Léon Foucault in 1852 zijn uitvinding: de gyroscoop. Een gyroscoop is eigenlijk een tol: een massa die symmetrisch is en kan draaien om een as die in het midden ligt. Zolang de massa draait zal deze zich verzetten tegen een verandering van de stand van de as. Als een tol cardanisch is opgehangen, ofwel dat de tol alle bewegingsvrijheid heeft, is het een gyroscoop en is het te gebruiken als richtinstrument. Gyroscopen worden gebruikt om voorwerpen stabiel te houden, zoals helikopters, camera's en raketten. De aarde is zelf ook een gyroscoop. Er is ook mee te bewijzen dat de aarde draait: laat je een gyroscoop 24 uur draaien, dan lijkt het alsof de hij een volledige cirkel heeft gemaakt. Dit kan echter niet, dus daarom moet de aarde wel onder de gyroscoop door zijn gedraaid.

Theorie

De achterliggende natuurkunde is de wet van behoud van impulsmoment. Die wet houdt in dat als een massa eenmaal draait, er een moment nodig is om dat te veranderen. Hiermee zijn bijvoorbeeld de wetten van Kepler te bewijzen, die de baan van de planeten om de zon beschrijven. Kijken we naar een tol, een gyroscoop die maar op een punt ondersteund wordt, dan vallen er twee bewegingen op. Precessie (blauw). Een uitwendige kracht, meestal de zwaartekracht, zal proberen de tol om te laten vallen. Dit zal niet lukken, in plaats daarvan zal de rotatieas om de verticaal bewegen. Dit is te verklaren doordat de zwaartekracht een moment loodrecht op de kracht uitoefent op de tol. Zo heeft de aarde een precessie van 25.800 jaar. Welke kracht zorgt hiervoor? Nutatie (rood). Dit verschijnsel is het wiebelen van de rotatieas, dat vindt plaats als het massamiddelpunt niet samenvalt met de rotatieas.

onderzoeksvragen

Invloed van de gyroscoop
Wat heeft de uitvinding van de gyroscoop voor gevolgen (wetenschappelijk, scheepvaart) gehad?

Zelfbouw
Lukt het je om zelf een gyroscoop te maken? Wat is de achterliggende theorie?