Güroskoop

Ajalugu

Vanima teadaoleva güroskoobilaadse instrumendi ehitas sakslane Johann Bohnenberger, kes mainis seda aastal 1817, kutsudes seda masinaks. Seadeldis põhines massiivsel keerleval sfääril. Aastal 1832 töötas ameeriklane Walter R. Johnson välja sarnase seadeldise, mis põhines keerleval kettal. Matemaatikute soovitusel õppeseadeldiseks kasutusele võetud mehhanism paelus Léon Foucault'd. 1852. aastal kasutas Foucault seadeldist Maa pöörlemise uurimise eksperimentides. Just tema andis seadeldisele selle tänapäevase nimetuse tähendusega "näha Maa pöörlemist" (kreeka keeles skopeō – 'vaatan, vaatlen', gyros – 'ring' või 'pöörlemine'). Maa pöörlemist ümber oma telje oli märgata 8–10 minuti möödudes. Selle aja sees oli güroskoobi pöörlev ketas nähtavalt oma pöörlemistelge muutnud, ent tegelikult oli Maa end güroskoobi all pööranud, põhjustades näiliselt ketta telje muutuse.
1860. aastatel elektrimootorite kasutuselevõtuga sai güroskoopi panna pöörlema automaatselt ning nii kauaks kui tarvis. Valmis esimene gürokompassi prototüüp. Esimese funktsionaalse gürokompassi patenteeris 1904. aastal saksa leiutaja Hermann Anschutz-Kaempfe. Ameeriklane Elmer Sperry tuli välja omapoolse güroskoobi variandiga sama aasta lõpus ning peagi avastati ka teistes riikides leiutise militaarne kasulikkus.
20. sajandi algus oli aeg, mil merevägi oli üks tähtsamaid riigi sõjalise võimekuse indikaatoreid. Ameeriklaste Sperry Gyroscope Company kasvas kiirelt ning pakkus lennukitele ning laevadele stabiliseerimisseadmeid.
1917. aastal ehitas Chandler Company of Indianapolis "Chandleri güroskoobi", mis oli vurrist mänguasi, mille pöörlema panemiseks pidi tõmbama nööri.
Teises maailmasõjas said güroskoopidest põhilised lennuki- ja õhutõrjerelvade sihikute komponendid.
Tänapäeval kasutatakse MEMS-tehnoloogial güroskoope näiteks kaasaskantavates elektroonikaseadmetes nagu Apple’i viimase põlvkonna iPadis, iPhone’ides ja teistes nutitelefonides. Kiirendusandurid määravad kiirenduse suurust ruumi kolmel teljel ning vastava tarkvara abil kuvatakse kaldenurk nutiseadme ekraanile.

Londoni moment

Londoni momendi güroskoobi toimimispõhimõte toetub kvantmehaanika ilmingule, milles keerlev ülijuht tekitab magnetvälja, mille teljed ühilduvad täpselt pöörleva güroskoobi tekitatud vektoritega. Magnetomeeter määrab genereeritud magnetvälja orientatsiooni, mis on kalibreeritud määramaks güroskoobi pöörlemise telje. Kvantmehaanilisele nähtuse tööpõhimõttele tuginev güroskoop võib olla äärmiselt täpne ning stabiilne. Näiteks güroskoope, mida kasutatakse Gravity Probe B eksperimentides, mõõdavad muutusi güroskoobi pöörlemistelje orientatsioonis paremini kui 0,5 milliarcsekundit (1,4×10⁻⁷ kraadi) üle ühe aasta jooksul. Selline pöörlemistelje muutuse uurimine on täpsuselt samaväärne juuksekarva läbimõõdu vaatlemisega 32 kilomeetri kauguselt.

Nüüdisaegsed kasutusviisid

Güroskoope kasutatakse kompassides, avioonikas (pöörangunäidik, aviohorisont, gürokompass), arvutihiirtes, laevades ning ka olmeelektroonikas. Kuna güroskoop võimaldab määrata ruumilist asendit horisonti teadmata, on konstruktorid lisanud neid modernsetesse seadmetesse. Tehnoloogia uuenemisel on seadeldise töötäpsus 3D-ruumis paranenud, olles efektiivsem endistest kiirendusanduritest nutitelefonides. Tuntud kriitik Scott Steinberg on öelnud, et uute optiliste güroskoopide lisamine iPhone 4 toodangusse defineerib uue suhtumise allalaaditavasse tarkvarasse.
Güroskoope kasutatakse ka õppevahenditena kesk- ja ülikoolide füüsikatundides. Demonstratsioonigüroskoobid on tavaliselt ehitatud nii, et seadeldise töötamisel ilmnevad füüsikalised jõud tuleksid selgesti esile. Näiteks võidakse ühele vurri küljele asetada lisaraskusi, et seejärel jälgida güroskoobi reaktsiooni. Samuti on võimalik vurri käes hoides tunda selle güroskoopilist jõudu.
Võimalik on tellida güroskoope sisaldavaid arvutihiiri, mis teevad selle kasutamise võimalikuks ka aluspinnalt õhku tõstetuna. Säärased arvutihiired on juhtmevabad, seega sobivad esitlusteks, kus kõneleja liigub ruumis ringi. Arvutihiires olev güroskoop jälgib käe liikumist tasandi suhtes ja tõlgib need ümber kursori liikumiseks.
Güroskoopilist ilmingut kasutatakse näiteks autospordis. Seda seetõttu, et mootorid toimivad just nagu suured güroskoobid. Olenevalt sellest, kas mootori hooratas (pöörlev mass) pöörleb päri- või vastupäeva, on autole mõjuv güroskoopjõud suunatud kas alla või üles. Kasutades mootori pöördeid ära õige nurga all, on võimalik parandada sõiduki rajal püsimist.
Güroskoopsensoreid kasutatakse virtuaalreaalsuse peakomplektides, mõõtmaks inimese pea liigutusi ja liigutuse kiirusi, millest saadud andmed tõlgendatakse ümber virtuaalreaalsusse.
Peale teaduslike kasutusvaldkondade on güroskoope kasutatud ka mänguasjades. Tuntuimaks on ehk Powerball, mille otstarve on olla esmalt meelelahutuslik, kuid teisalt on see ka lihastele ja liigestele kasulik.