الجيروسكوب ما هي فائدته كيف يعمل وما هي أنواعه

الجيروسكوب (Gyroscope) أو البوصلة الدوارة أو المِدوار أو الجيرو، هو عبارةٌ عن جهازٍ يشبه العجلة أو القرص المدور أو كرة الغزل، يَكثر تواجده في المركبات الفضائية والصواريخ والأقمار الصناعية والطائرات ليساعدها على تحديد الجهة المعينة في الفضاء، كما أنّه يساعد الطائرة على تحديد مسارها دون التأثر بالمطبات والدوامات الهوائية ،كما أنّه يتواجد أيضًا في أنظمة الملاحة البحرية ليمنعها من التأثر بهيجان البحار والتغيرات الجوية الأخرى، وللمِدوار أنواعٌ عديدةٌ مثل تلك الضخمة التي تستخدم في السفن البحرية لتخفيض تمايلها، والجيروسكوبات التي تجمع بين الانحراف والدوران لتساعد كابتن الطيارة على تحديد موقعه بدقةٍ.

تَعرض الجيروسكوب عبر القرون الماضية وحتى وقتنا هذا الى تعديلاتٍ وتطوراتٍ عديدة ، فقد كان العالم الألماني جي سي بوننبرغر أول من اخترع الجيروسكوب المُطور عام 1810م، كما قام العالم الفرنسي جان فوكو عام 1852م بإطلاق اسمٍ يونانيٍّ جديدٍ على الجيروسكوب وهو Gyros، وذلك بسبب استخدامه لتفسير عملية قياس دوران الأرض حول محورها، وجرت بعض التعديلات الأخرى عليه في نهاية القرن التاسع عشر.

امّا في عام 1908م قام المهندس ذو الجنسية الألمانية هيرمان أنشتز كامبف باختراع أول بوصلة جيروسكوبية في العالم، وبعد ثلاث سنواتٍ قام العالم الأمريكي إلمر أمبروز سبيري بتطوير وتجديد البوصلة الجيروسكوبية التي تتواجد في السفن والطائرات.

بقي العلماء على خطاهم في إضافة أشياء جديدة على الجيروسكوب حتى تمّ استخدامه ما بين عامين 1939م و1945م في الطائرات الحربية لجيوش الحرب العالمية الثانية، والتي كان دورها في الطيران الليلي من حيث التجوال والهبوط بأمانٍ.

وفي نهاية القرن العشرين، وفي معهد ماساشوسيتس التقني الأمريكي بالتحديد، قام مجموعةٌ من العلماء بمشاركة العالم تشارلز دريبر بإدخال الجيروسكوب في نُظم القصور الذاتي للمركبات، وذلك للتحكم في اتجاه المركبات.

استمر العلماء بتطوير الجيروسكوب وذلك بإدخال نظمٍ جديدةٍ عليه كإضافة الليزر في جيروسكوب الطائرات والخطوط الجوية والأقمار الصناعية والتي أُطلق عليها اسم Ring Laser Gyroscope، كما قام العالم الروسي بيتور شيلوفسكي باستخدام الجيروسكوب في النقل وذلك بمحاولته موازنة مركبةٍ بعجلتين فقط، فيما بعد وفي مجال النقل أيضًا استخدمه العالم الاسترالي لويس برينان في محاولته موازنة قطارٍ على سكةٍ واحدةٍ.

ومع الكم الهائل من التطور الذي يشهده العالم وبشكلٍ خاص في مجال الهواتف الذكية قامت شركة Apple للهواتف الذكية باستخدام الجيروسكوب في أحد إصداراتها في iPhone4 بالتحديد وكان ذلك في عام 2010م، ولكنه لم يكن ناجحًا جدًا وذلك لتعقيده بشكلٍ كبيرٍ.

ولازال الجيروسكوب كغيره من الأجهزة في طور التحديث والتطوير بالتطور حتى وقتنا هذا، ومستحوذًا بشكلٍ كبيرٍ على اهتمامات العلماء الأولى ساعين في وضع تقنياتٍ جديدةٍ بهدف خفض الوزن والتكلفة والرفع من الدقة، وذلك بصب اهتمامهم على الجيروسكوب البصري و الليزري.

من المعروف عن استخدام الجيروسكوب أنّه يستخدم في تحديد الاتجاهات والتحكم بمسرات الأجسام المتحركة، ولكن شاع استخدامه حديثًا في ذاكرة الحواسيب المتواجد في الطائرات والسفن الفضائية والغواصات، وذلك بتحكمه وتقديمه بعضًا من المعلومات التي تفيد في توجيه معلومات دائمة أو مؤقتة عن الوضع الذي يجب أنّ يتخذه قائد المركبة في كل لحظةٍ، كما أن هنالك تطوراتٍ جديدةً تسعى لصناعة مِدوار من السيلكون أو الكوارتز.

هو مقاومة الجسم في حالة دورانه وميلانه لأي تغييرٍ يطرأ عليه ويغير من اتجاه محور دورانه، لنتخيل معًا عملية دوران الأرض حول محورها، سنرى الخط الوهمي في منتصف الكرة الأرضية والذي يصل بين القطبين الشمالي والجنوبي، وبالاعتماد على تفسير ظاهرة القصور الذاتي الجيروسكوبي، فإن المحور الشمالي لأرضنا يبقى متوجهًا إلى نجم الشمال، وذلك من حركة الأرض حول الشمس.

يعد هذا النوع من أشهر الأنواع وأكثرها استخدامًا، كما يعرف بدقة صنعه وبساطته كونه يحمل كرةً صغيرةً من البريليوم معلقةً في الفراغ بتأثير القوى الكهربائية والتي تُمثل الجزء الدوار لهذا النوع، وتكون القوة المغناطيسية المتولدة عن دوران الكرة المسؤولة عن الدوران الترددي.

تكون آلية عمل جهاز الجيروسكوب الليزري بإطلاقه لشعاعين ليزرين في اتجاهين متعاكسين مشكلًا شكلًا هندسيًّا معينًا كالمثلث أو المستطيل، ولكن إذا حدث أي ميلانٍ لجهاز الجيروسكوب كالتفاف الطائرة مثلًا يُطلق الجهاز شعاعين متماثلين ولكن مختلفي الأطوال، وذلك لإتمام مسار الشكل الهندسي المطلوب.

يتكون هذا النوع من قاعدةٍ وهيكلٍ يتثبت عليها الدوار ومحور عجلات بحيث يكون جانب الدوار مثبتًا على حلقةٍ، والتي تُدعم بمحورٍ على جانب الجهاز ليسهل عليه حركة الدوران بسهولةٍ وحريةٍ حول خطٍّ وهميٍّ، والتي تقوم بالتحرك بواسطة نفاثاتٍ من الهواء أو محركٍ كهربائيٍّ، ويستخدم هذا النوع بكثرةٍ في الطائرات وعابرة المحيطات.