ജൈറോസ്കോപ്പ്

വർത്തുള ആക്ക തത്ത്വങ്ങളുടെ (Principles of Angular Momentum) അടിസ്ഥാനത്തിൽ, വസ്തുക്കളുടെ വിന്യാസം അളക്കാനും നിലനിർത്താനും ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ് ജൈറോസ്കോപ്പ്(gyroscope).

ഒരു ജൈറോസ്കോപ്പ്

യന്ത്രശാസ്‌ത്ര(mechanics)പരമായി, ഏതു ദിശയിലേക്കും സ്വതന്ത്രമായി വിന്യസിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു അക്ഷം അഥവാ അച്ചുതണ്ട് കേന്ദ്രമാക്കി കറങ്ങി കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ദ്രവ്യമാനമായ ഒരു വർത്തുളതകിട്(disc)/ചക്ര(wheel)മാണ് ജൈറോസ്കോപ്പ് എന്നു പറയാം. അതായത് ഇത്തരം ഡിസ്കുകൾ അവയുടെ കേന്ദ്രത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന അച്ചുതണ്ടിൽ വട്ടം തിരിയുകയും (ഭ്രമണം/gyration), അതേ അച്ചുതണ്ടിന്റെ തന്നെ ഏതു ദിശാവിന്യാസത്തിലും ഭ്രമണം തുടരുകയും ചെയ്യും.

കളിപ്പാട്ടം പമ്പരം(whirligig) ജൈറോസ്കോപ്പിന് നല്ലൊരു ഉദാഹരണമാണ്. പമ്പരം തറയിൽ വെച്ച് കറക്കി വിടുമ്പോൾ, പമ്പരത്തിന്റെ തറയിൽ തൊട്ടിരിക്കുന്ന തുമ്പറ്റം ഒരിക്കലും തറയിലെ ഒരു ബിന്ദു(point)വിൽ മാത്രമായി നിന്ന് കറങ്ങാറില്ല. അത് ചെറിയൊരു വൃത്താകാര പാതയിലായിരിക്കും സഞ്ചരിക്കുക. ക്രമേണ ഊർജ്ജം ക്ഷയിച്ച് ഭ്രമണവേഗത കുറയുമ്പോൾ ആ വൃത്തപാതയുടെ ആരം(radius) കുറഞ്ഞു വരികയും അവസാനം പമ്പരം വീഴുകയും ചെയ്യും. ഇവിടെ പമ്പരത്തിന് ദ്രവ്യമാനമായ ഒരു കോൺ(conical) ആകൃതിയാകയാൽ കറങ്ങുമ്പോൾ അത് മേൽപ്പറഞ്ഞ ഒരു ഡിസ്കിനെ പോലെ വർത്തിക്കുന്നു. പമ്പരം നാം കറക്കിവിടുമ്പോൾ കറങ്ങുന്നത് അതിന്റെ ദ്രവ്യകേന്ദ്ര(centre of mass)ത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന അക്ഷത്തിലൂടെയാണ്. പമ്പരത്തിലെ നമ്മൾ കറക്കി വിടുന്ന ദണ്ഡും അതിന്റെ കൂർത്തമുനയും ചേർന്നതാണ് ഈ അക്ഷം. ഈ അക്ഷം ഏതു ദിശയിലേക്ക് ചരിഞ്ഞാലോ, സഞ്ചരിച്ചാലോ ഡിസ്കിന്റെ ഭ്രമണത്തിനു വ്യതിയാനമുണ്ടാകില്ല. ഇതു തന്നെയാണ് ജൈറോസ്കോപ്പിലും സംഭവിക്കുന്നത്. അതിനാൽ ഈ പ്രതിഭാസത്തെ ജൈറോസ്കോപ്പിക്ക് ഇഫക്ട് (gyroscopic effect) എന്നും വിളിക്കുന്നു.

പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ

യാന്ത്രിക വ്യൂഹങ്ങൾ(mechanical systems)ക്കുള്ളിലോ ഉപകരണങ്ങൾക്കുള്ളിലോ സാധാരണ ഉപയോഗിക്കാറുള്ള ജൈറോസ്കോപ്പുകളിൽ പ്രധാനമായും മൂന്ന് ഭാഗങ്ങളാണുള്ളത്;

1. ഭ്രമണഭാഗം(rotor) ഒരു അക്ഷ(axis)ത്തെ മാത്രം ആധാരമാക്കി കറങ്ങുന്ന ഒരു ഭ്രമണവസ്തു. (ഡിസ്ക്/ബോൾ/വീൽ/റിംഗ്).

2. ആന്തരിക വലയം(inner gimbal) ലംബ(vertical)ദിശയിൽ ഭ്രമണഭാഗത്തെ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന അക്ഷത്തിനെ അതിന്റെ തിർശ്ചീന(horizontal)ദിശയിൽ കമ്പനം(oscillation) സാധ്യമാക്കുന്നതുമായ ലോഹവലയം.

3. ബാഹ്യവലയം(outer gimbal) ആന്തരികവലയത്തെയും അതുൾക്കൊള്ളുന്ന ഭ്രമണഭാഗത്തെയും ഒന്നിച്ച് താങ്ങിനിർത്തുന്ന(support) ചട്ടക്കൂടായി(frame) വർത്തിക്കുന്ന ഏറ്റവും പുറമെയുള്ള മറ്റൊരു വലയം.

പ്രവർത്തനം

ജൈറോസ്കോപ്പിലെ റോട്ടറിനെ ഒരു ബാഹ്യവർത്തുളബലം (external torque) കൊടുത്ത് കറക്കിയാൽ അത് ബലപ്രയോഗ ദിശയിൽ ആന്തരികവലയത്തിലെ ലംബമായിരിക്കുന്ന അച്ചുതണ്ടിൽ ഭ്രമണം ചെയ്യുകയും, തിരശ്ചീന ദിശയിൽ മാത്രം സ്വതത്രമായി കറങ്ങാൻ കഴിയുന്ന ആന്തരികവലയത്തിന് അതുകാരണം കമ്പനം ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യും.

ബാഹ്യവർത്തുളബലം മാറുന്നതിനനുസരിച്ച് അച്ചുതണ്ടിന്റെ വിന്യാസവും മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കും. വർത്തുളബലം വളരെ കുറയുമ്പോഴും, വളരെകൂടുമ്പോഴുമുള്ള അച്ചുതണ്ടിന്റെ ദിശകൾ വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും. ഇത് ഡിസ്കിന്റെ/ചക്രത്തിന്റെ ഭ്രമണനിരക്കി(spin rate)നും ആക്കജഡത്വ(moment of inertia)ത്തിനും ആനുപാതികമായിരിക്കും. ഡിസ്കുൾപ്പെടുന്ന അച്ചുതണ്ടിനെ ഒരു ബാഹ്യവലയ(gimbal)ത്തിൽ ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ളതു കാരണം പുറത്തു നിന്നുള്ള മറ്റു വർത്തുളബല(external torques)ങ്ങളുടെ സ്വാധീനം കുറയുകയും, അതു വഴി ജൈറോസ്കോപ്പിന്റെ ചലനം അത് ഇരിക്കുന്ന പ്രതലത്തിന്റെ ചലനത്തെ ആശ്രയിക്കുന്നുമില്ല. അതായത്, രണ്ടറ്റവും വലിച്ചുപിടിച്ച ഒരു നൂൽപ്പാലത്തിനു മുകളിൽ നിന്ന് പോലും ജൈറോസ്കോപ്പ് കറങ്ങും. നൂലിന്റെ ആട്ടം ജൈറോസ്കോപ്പിന്റെ പ്രവർത്തനത്തെ കാര്യമായി സ്വാധീനിക്കുന്നില്ല.

വിവിധ തരം ജൈറോസ്കോപ്പുകൾ

മെക്കാനിക്കൽ തത്ത്വങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ജൈറോസ്കോപ്പുകൾക്ക് പുറമേ, ഇലക്ട്രോണിക് ജൈറോസ്കോപ്പ്, മൈക്രോച്ചിപ്പ്-അധിഷ്ഠിത MEMS ജൈറോസ്കോപ്പ്, ഫൈബൽ ഒപ്ടിക്ക് ജൈറോസ്കോപ്പ് തുടങ്ങി അതിസൂക്ഷ്മസംവേദനക്ഷമ(high sensitivity)തയുള്ള ക്വാണ്ടം ജൈറോസ്കോപ്പുകൾ വരെ നിലവിലുണ്ട്.

ഉപയോഗങ്ങൾ

ഇഞ്ചിനീയറിംഗ് മേഖലയിൽ ജൈറോസ്കോപ്പിന്റെ പ്രായോഗികത എടുത്തുപറയേണ്ടതാണ്. ജൈറോസ്കോപ്പിനു പുറമേ ജൈറോസ്കോപ്പിക് ഇഫക്ട് ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന ധാരാളം സന്ദർഭങ്ങൾ നമ്മുടെ നിത്യജീവിതത്തിലുണ്ട്. സൂര്യനു ചുറ്റും ഗ്രഹങ്ങളും ഗ്രഹങ്ങൾക്കു ചുറ്റും ഉപഗ്രഹങ്ങളും കറങ്ങുന്നതിനെ ജൈറോസ്കോപ്പിക് ഇഫക്ട് ഉപയോഗിച്ചാണ് വിശദീകരിക്കുന്നത്. അതായത് ഗ്രഹങ്ങളെ നമുക്ക് സ്ഥിരപ്രവേഗത്തിൽ കറങ്ങുന്ന പമ്പരങ്ങളോട് ഉപമിക്കാം എന്ന് ചുരുക്കം. റോഡുകളിലെ വളവു തിരിയുമ്പോൾ വാഹനങ്ങളുടെ ഗതിനിർണയിക്കുന്നതിൽ ജൈറോസ്കോപ്പികത സുപ്രധാന പങ്കുവഹിക്കുന്നു. കൂടാതെ വിമാനങ്ങളുടെയും ഹെലികോപ്റ്ററുകളുടെയും ദിശനിയന്ത്രിക്കുന്നതും ജൈറോസ്ക്കോപ്പിക് തത്ത്വങ്ങൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തിയാണ്.

• കാന്തികദിശാസൂചി(magnetic compass)കൾക്ക് പ്രവർത്തിക്കാനോ /കൃത്യത നൽകാൻ കഴിയാത്തതോ ആയ ജഡത്വസംവേദനവ്യൂഹ(inertial navigation systems)ങ്ങളിൽ ദിശ നിയന്ത്രണത്തിന് ജൈറോസ്കോപ്പുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. (ഉദാ:-ബഹിരാകാശ നിലയങ്ങൾ/ബഹിരാകാശ ടെലിസ്കോപ്പുകൾ മുതലായവ).

• കൂടാതെ, തരംഗങ്ങൾ കൊണ്ടു നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്ന ആളില്ലാ-വ്യോമയാനങ്ങളുടെ തുലനസ്ഥിരത നിയന്ത്രിക്കാനും,

• ഖനികളിലെ ജൈറോ-തിയോഡോലൈറ്റുകളിൽ ദിശാസഹായിയായും ജൈറോസ്കോപ്പുകൾ ഉപയോഗിച്ചു വരുന്നു.

ചിത്രശാല

• 
  Gyroscope