This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam

സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്

ഗൈറോസ്കോപ്പ്

Gyroscope

അതിവേഗത്തില്‍ തിരിഞ്ഞുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഭാരംകൂടിയ ഒരു വസ്തുവിന്റെ സഹായത്താല്‍ ഏതെങ്കിലും കോണീയ സൂചിത ദിശ (angular reference direction) കാത്തുസൂക്ഷിക്കുന്നതിനുള്ള ഉപകരണം. 'ഗൈറോ' എന്ന ചുരുക്കപ്പേരിലും പലപ്പോഴും ഇത് അറിയപ്പെടാറുണ്ട്.

സ്വതന്ത്രമായി ഏതു ദിശയിലേക്കും തിരിയാന്‍ കഴിയുംവിധമുള്ള ഒരു ചട്ടക്കൂടിനുള്ളില്‍ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന, അതിവേഗം കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന, ഭാരമേറിയ ഒരു ചക്രമാണ് ഗൈറോസ്കോപ്പിന്റെ പ്രധാനഭാഗം. ഏത് അച്ചുതണ്ടിലും തിരിയുന്നതിന് യോജിച്ച രീതിയിലാണ് ഗൈറോസ്കോപ്പ് സജ്ജമാക്കിയിട്ടുള്ളത്. ചട്ടക്കൂടിന് തിരിച്ചില്‍ വരുന്നയവസരത്തില്‍, ഉച്ചവേഗത്തില്‍ കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ചക്രത്തിന്റെ കോണീയ സംവേഗം (ang-ular momen-tum) സ്വദിശ കാത്തുസൂക്ഷിക്കുന്നു. വസ്തുക്കളുടെ ഈ സഹജ സ്വഭാവമാണ് പല അമൂല്യ ഉപകരണങ്ങളുടെയും പ്രവര്‍ത്തനത്തിന് ഉപയോഗപ്പെടുത്തിവരുന്നത്. ചക്രത്തിലെ കറക്കാക്ഷത്തിന്റെ ദിശയിലുണ്ടാകാന്‍ പോകുന്ന   മാറ്റത്തെ ചെറുത്തു പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു എന്നതാണ് ഇതിന്റെ സവിശേഷത. ഒട്ടും തടസപ്പെടാതെയിരിക്കുകയാണെങ്കില്‍, ചക്രം കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നിടത്തോളം നേരം കറക്കാക്ഷദിശ ഒരേ ദിശയിലേക്കു തന്നെയായിരിക്കും ചൂണ്ടി നില്‍ക്കുക. അക്ഷദിശയിലല്ലാതെ മറ്റു തരത്തില്‍ ഒരു ബലം പ്രയോഗിക്കുകയും ഗൈറോസ്കോപ്പിന്മേല്‍ ആ ബലം ഒരു ടോര്‍ക്ക് (തിരിയല്‍ ആഘൂര്‍ണം) സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന സന്ദര്‍ഭത്തില്‍ ഗൈറോസ്കോപ്പ് ഈ ബലത്തിന്റെ ദിശയില്‍ ചലിക്കുകയില്ല; മറിച്ച് പ്രയോഗിച്ച തലവുമായി കൃത്യം 90⁰ കോണ്‍വരുന്ന തരം ദിശയില്‍ തിരിഞ്ഞു തുടങ്ങുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്. ഈ ചലനമാണ് 'ഗൈറോസ്കോപ്പിക്ക് പ്രിസെഷന്‍' (gyroscopic precession) എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെടുന്നത്. മുന്‍ പറഞ്ഞ ബലപ്രയോഗം ഇല്ലാതാകുന്നതോടെ ഈ പ്രിസെഷന്‍ ചലനവും നിലയ്ക്കുന്നു.

ഗൈറോസ്കോപ്പിന്റെ പ്രവര്‍ത്തനം ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന നിരവധി ഉപകരണങ്ങള്‍ ഇന്ന് പല തുറകളിലും ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. കപ്പലുകളില്‍ വ്യാപകമായി കണ്ടുവരുന്ന വടക്കുനോക്കി യന്ത്രങ്ങള്‍, വിമാനങ്ങളുടെ ഓട്ടോപൈലറ്റുകള്‍, കപ്പലുകളുടെ ആട്ടം (roll) അഥവാ ഉരുളല്‍ചലനം ചെറുക്കുന്ന സ്റ്റെബിലൈസറുകള്‍, മിസൈലുകള്‍, ടോര്‍പ്പിഡോകള്‍ എന്നിവയിലെല്ലാം ഗൈറോസ്കോപ്പ് തത്ത്വം പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നുണ്ട്. വെടിവയ്ക്കുന്ന സന്ദര്‍ഭത്തില്‍ തോക്കിന്റെ കുഴലില്‍ നിന്ന് പുറത്തു വരുന്നതിനു മുമ്പായി വെടിയുണ്ടയില്‍ ഒരു തിരിയല്‍ ചലനം അഥവാ ഭ്രമണം (spin) സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന്റെ ഫലമായിട്ടാണ് വായുവില്‍ക്കൂടി സഞ്ചരിക്കുന്ന വെടിയുണ്ടയ്ക്ക് സ്വദിശ സംരക്ഷിക്കുവാന്‍ കഴിയുന്നത്.

ചരിത്ര പശ്ചാത്തലം. 19-ാം ശ.-ത്തില്‍ ഫ്രഞ്ചുകാരനായ ജെ.ബി.എല്‍. ഫൂക്കോ (J.B.L. Foucoult) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞനായിരുന്നു ജിംബല്‍ വളയങ്ങളില്‍ ഘടിപ്പിച്ച ഒരു ചക്രത്തെ ആദ്യമായി ഗൈറോസ്കോപ്പ് എന്നു പേരിട്ട് വിളിച്ചത്. 1852-ല്‍ പാരിസില്‍ നടത്തിയ ഇദ്ദേഹത്തിന്റെ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ ചക്രത്തിനു പകരം ഒരു പെന്‍ഡുലമായിരുന്നു ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. നീളമുള്ള ഒരു കമ്പിയില്‍ ഒരു വലിയ ഭാരം തൂക്കിയിട്ട് ഇദ്ദേഹം ഒരു പെന്‍ഡുലം നിര്‍മിക്കുകയും പെന്‍ഡുലത്തിന്റെ ദോലനചാപത്തിനു നേരെ താഴെ തറയില്‍ ഒരു നേര്‍രേഖ വരയ്ക്കുകയും ചെയ്തു. ആടിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന പെന്‍ഡുലം, അനേകം കാഴ്ചക്കാര്‍ നോക്കിനില്‍ക്കേ, ക്രമേണ തറയിലെ നേര്‍രേഖയില്‍ നിന്നു വ്യതിചലിച്ചു വരുന്നതായി കാണുകയുണ്ടായി. വാസ്തവത്തില്‍ പെന്‍ഡുലത്തിന്റെ ചലനത്തില്‍ വന്ന മാറ്റമായിരുന്നില്ല ഇങ്ങനെ കണ്ടതിനു കാരണം. പെന്‍ഡുലം അതിന്റെ ആദ്യത്തെ ദോലനചാപത്തില്‍ത്തന്നെയാണ് ചലിച്ചിരുന്നതെങ്കിലും ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണം കാരണം തറയോടൊപ്പം അതിന്മേലുള്ള നേര്‍രേഖയും ചലിക്കുക മൂലമാണ് മേല്പറഞ്ഞ വ്യത്യാസം അനുഭവപ്പെട്ടത്.

കറങ്ങുന്ന ഒരു ചക്രം ഭൂഭ്രമണത്തിനു പോലും വിധേയമല്ലാതെ സ്വന്തം ദിശാസ്ഥിരത സൂക്ഷിക്കുന്നതായി ഫൂക്കോയുടെ പില്ക്കാല പരീക്ഷണങ്ങള്‍ തെളിയിക്കുകയുണ്ടായി. ദിശാ സൂചകമെന്ന നിലയില്‍ ഗൈറോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുള്ള സാധ്യത അങ്ങനെയാണ് കണ്ടെത്തിയത്. എങ്കിലും 1910-ല്‍ ഒരു ജര്‍മന്‍ യുദ്ധക്കപ്പലിലാണ് ആദ്യമായി 'ഗൈറോകോമ്പസ്' പ്രയോഗത്തില്‍ വന്നത്. വിമാനങ്ങളുടെ പഥം സ്വയം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ഓട്ടോ പൈലറ്റില്‍ 1909-ലും, കപ്പലുകളുടെ നിയന്ത്രണോപാധികളില്‍ 1916-ലുമാണ് ആദ്യമായി ഗൈറോസ്കോപ്പ് തത്ത്വം ഉപയോഗിച്ചു തുടങ്ങിയത്. മിസൈലുകളില്‍ ടോര്‍പിഡോയുടെ സഞ്ചാരപഥം സ്വയം തിരുത്തി നിയന്ത്രിച്ച് ലക്ഷ്യസ്ഥാനത്തെത്തിക്കുന്നതിനാണ് ഗൈറോസ്കോപ്പ് പ്രവര്‍ത്തിപ്പിച്ചു തുടങ്ങിയത്. കപ്പലുകളുടെ ആട്ടം പ്രതിരോധിക്കുന്നതിനുള്ള 'ഗൈറോസ്റ്റെബിലൈസര്‍' 1915-ല്‍ ആദ്യമായി നിലവില്‍ വന്നു. പിന്നീട് ക്രമേണ ഗൈറോസ്കോപ്പിന്റെ ഉപയോഗം വര്‍ധിക്കുകയും രണ്ടാം ലോകയുദ്ധകാലമായപ്പോഴേക്കും തോക്കുകള്‍, റഡാര്‍, ആന്റിനകള്‍ തുടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങള്‍ കപ്പലില്‍ ഉറപ്പിക്കുന്നതിനുവേണ്ടിയുള്ള പ്ലാറ്റ്ഫോമുകള്‍വരെ ഗൈറോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിക്കുന്നവയായി മാറുകയും ചെയ്തു.

പ്രവര്‍ത്തന തത്ത്വം. ഒരു അക്ഷരേഖയെ ആസ്പദമാക്കി സമമിതീയമായിട്ടുള്ള (symmetrical) ഒരു വസ്തു, ആ അക്ഷത്തിന്മേല്‍ ഉയര്‍ന്ന വേഗത്തില്‍ തിരിയുകയാണെന്നു സങ്കല്പിക്കുക. തിരിയല്‍ പ്രക്രിയയുടെ ഫലമായി വസ്തുവിന് ചില പ്രത്യേക സ്വഭാവ സവിശേഷതകള്‍ കൈവരുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന് കറങ്ങാത്ത പമ്പരത്തെ അതിന്റെ മുനയില്‍ നിര്‍ത്താന്‍ എളുപ്പമല്ല; അഥവാ നിന്നാല്‍ത്തന്നെ അതിന്റെ സ്ഥിതി അസ്ഥിരമാണ്. എന്നാല്‍, പമ്പരം ഉച്ചവേഗത്തില്‍ തിരിഞ്ഞുകൊണ്ടിരിക്കാനനുവദിച്ചാല്‍ അതിന്റെ കൂര്‍ത്ത അറ്റത്തിന്മേല്‍ത്തന്നെ സന്തുലനപ്പെടുത്തി നിര്‍ത്താന്‍ കഴിയുന്നു. പമ്പരത്തിന്റെ കറക്കപ്രക്രിയ തുടര്‍ന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന സമയമത്രയും ഈ സന്തുലിതാവസ്ഥ നിലനില്‍ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഗൈറോസ്കോപ്പ് പ്രവര്‍ത്തനം വിശദമാക്കുന്നതിനുവേണ്ടി പരീക്ഷണശാലയില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നതരം ഒരു ഗൈറോസ്കോപ്പാണ് ചിത്രം 2-ല്‍ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്.

ഇതിന്റെ റോട്ടര്‍ സ്വന്തം അക്ഷത്തിന്മേല്‍ കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കും. ആ സന്ദര്‍ഭത്തില്‍ മൂന്നക്ഷങ്ങളില്‍ എതെങ്കിലും ഒന്നിനെ അപേക്ഷിച്ച് ആധാരം തിരിയുകയാണെങ്കില്‍ റോട്ടര്‍ അച്ചുതണ്ടിന് മുമ്പുണ്ടായിരുന്ന ദിശയെത്തന്നെ ചൂണ്ടിവരത്തക്ക വിധത്തില്‍, പുനഃക്രമീകരണം സ്വയം നടക്കുന്നു. ഈ അടിസ്ഥാന ഗുണവിശേഷത്തെ ഗൈറോസ്കോപ്പിക് ജഡത്വം (gyroscopic inertia) എന്നാണ് വിളിക്കുക. റോട്ടര്‍ വേഗം കുറഞ്ഞു വരുന്നതോടെ ക്രമേണ ഈ ജഡത്വം അപ്രത്യക്ഷമാവുകയും റോട്ടര്‍ അച്ചുതണ്ട് അവസാനം സൗകര്യമായ ഏതെങ്കിലും ദിശ സ്വീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കറക്കവേഗം ഉയര്‍ന്നതും ദ്രവ്യം റിമ്മില്‍ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതുമായ തരം റോട്ടറുകള്‍ ഈ ഗൈറോസ്കോപ്പിക് ജഡത്വം ശക്തിയായി പ്രകടിപ്പിക്കും. റോട്ടറിന്റെ കോണീയ പ്രവാഹം, ജഡത്വാഘൂര്‍ണം (moment of inertia) എന്നിവയെയാണ് ഗൈറോസ്കോപ്പിക് ജഡത്വം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നതെന്ന് ഇതില്‍ നിന്ന് അനുമാനിക്കാം.

അതായത് റോട്ടറിന്റെ കോണീയ സംവേഗത്തിന് (angular momentum) അനുസരിച്ചാണ് ഗൈറോസ്കോപ്പിക് ജഡത്വത്തിന്റെ തീവ്രത വ്യത്യാസപ്പെടുന്നതെന്നര്‍ഥം.

ഗൈറോസ്കോപ്പിക് ഉപകരണങ്ങള്‍. പലതരം ഉപകരണങ്ങളിലും വ്യാപകമായി ഗൈറോസ്കോപ്പിന്റെ തത്ത്വം ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നവിവരം മുന്‍പ് സൂചിപ്പിച്ചുവല്ലോ. വിമാനങ്ങളില്‍ ഗൈറോസ്കോപ്പിന്റെ ഉപയോഗം പ്രാധാന്യമര്‍ഹിക്കുന്നു. വിമാനത്തിന്റെ   ദിശയും കോണീയ പ്രവേഗവും മനസ്സിലാക്കാന്‍ സഹായിക്കുകയും തദനുസൃതമായി നിയന്ത്രണോപാധികളുടെ പ്രവര്‍ത്തനം തൊടുത്തുവിടുകയുമാണ് ഒരു പ്രധാനപ്പെട്ട ഉപയോഗം. സ്വതന്ത്ര ഗൈറോസ്കോപ്പുകള്‍ (Free gyroscopes), ഏകാക്ഷ ഗൈറോസ്കോപ്പുകള്‍ (single axis gyroscopes) എന്നിങ്ങനെ രണ്ടു തരം ഗൈറോസ്കോപ്പുകളെ ആധാരമാക്കിയാണ് നിരവധി ഗൈറോസ്കോപ്പിക് ഉപകരണങ്ങള്‍ രൂപം കൊണ്ടിരിക്കുന്നത്. ഒരു ഗൈറോ അതിന്റെ കൂടില്‍ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമായി തൂക്കിയിട്ടിരിക്കുമ്പോള്‍ അതിന്റെ ഭ്രമണാക്ഷം കൂടിനോടൊപ്പം ചലിക്കുവാന്‍ നിര്‍ബന്ധിതമായിത്തീരുന്നില്ല. അത്തരം ഗൈറോകളാണ് സ്വതന്ത്രഗൈറോകള്‍. ഏകാക്ഷ ഗൈറോയില്‍ ഒരു ജിംബലില്‍ മാത്രമായിട്ട് ഗൈറോസ്കോപ്പ് ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ ജിംബല്‍ ബെയറിങ്ങുകളുടെ അക്ഷമാണ് ഗൈറോയുടെ ഉത്പാദാക്ഷം.

ചിത്രം 3-ല്‍ ഗൈറോസ്കോപ്പിക് തത്ത്വത്തെ ആസ്പദമാക്കി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ഒരു പ്രവേഗമാപിനി (velocity meter) യുടെ പ്രവര്‍ത്തനം വിശദമാക്കിയിരിക്കുന്നു. വാഹനത്തിന്റെ പ്രവേഗം കൃത്യമായി അറിയുന്നതിന് ഈ ഉപകരണം ഉപയോഗിക്കാം. മനപ്പൂര്‍വം അസന്തുലിതാവസ്ഥ സൃഷ്ടിച്ചു വച്ചിരിക്കുന്ന ജിംബല്‍ അടങ്ങിയ ഒരു ഏകാക്ഷ ഗൈറോസ്കോപ്പ് ആണ് ഈ ഉപകരണത്തിന്റെ മുഖ്യഭാഗം. ചിത്രത്തില്‍ പ്രത്യേകം അടയാളപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്ന ദിശയില്‍ ഉപകരണത്തിന് ത്വരണം ഉണ്ടാകുന്നുവെന്ന് കരുതുക. അപ്പോള്‍ ഉത്പാദാക്ഷത്തെ ആസ്പദമാക്കി ഒരു അസന്തുലിത ടോര്‍ക്ക് സംജാതമാക്കുന്നു. ഈ ടോര്‍ക്ക് സന്തുലനപ്പെടുത്താന്‍ മതിയായ ഗൈറോസ്കോപ്പിക് ടോര്‍ക്ക് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ വിധത്തില്‍ മോട്ടോര്‍ ഉപയോഗിച്ച് പ്രിസെഷന്‍ ചലനം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. ഈയവസരത്തില്‍ മോട്ടോറിന്റെ വേഗം ഉപകരണത്തിനുണ്ടായ ത്വരണത്തിനും, മോട്ടോര്‍ കറങ്ങിയ കറക്കങ്ങള്‍ പ്രവേഗത്തിനും ആനുപാതികമായിരിക്കും. അങ്ങനെ വാഹനത്തിന്റെ പ്രവേഗം കൃത്യമായി അറിയാന്‍ കഴിയും.

(ഡോ. ആര്‍. രവീന്ദ്രന്‍ നായര്‍)