Mercury-Deals-2017_Outboard-engines_Testa_970x160

giroscopio.htm

Scopriamo il funzionamento di uno stabilizzatore giroscopico.

FUNZIONAMENTO DI UNO STABILIZZATORE GIROSCOPICO

Il giroscopio è quel dispositivo fisico rotante che, per effetto della legge di conservazione del momento angolare, tende a mantenere il suo asse di rotazione orientato in una direzione fissa. Chi ha giocato con una trottola, un oggetto che ha molte analogie con il giroscopio e da cui derivano le caratteristiche di funzionamento, ha notato che, mettendola in rapida rotazione, essa si pone con il suo asse di rotazione parallelo alla forza di gravità e vi rimane in equilibrio. Ma ha anche avuto modo di sperimentare un’altra singolare caratteristica: se incliniamo forzatamente l’asse di rotazione della trottola, l’asse stesso si mette a sua volta a ruotare intorno all’asse verticale z descrivendo con la sua traiettoria un cono (figura A). Infatti la trottola, e in generale un giroscopio messo nelle stesse condizioni di una trottola, manifesta un ulteriore moto di rotazione del proprio asse di rotazione attorno ad un asse perpendicolare al suolo chiamato moto di precessione (in fisica la precessione è il cambiamento della direzione dell’asse di rotazione di un oggetto). Questo moto è generato da una coppia di forze, detta appunto coppia di precessione. Nel caso del giroscopio, che non è libero di ruotare intorno al proprio asse di rotazione come una trottola, tale coppia fa nascere una ulteriore coppia di forze, detta coppia giroscopica, che tende a ripristinare la posizione iniziale del sistema con l’asse verticale: in pratica il sistema tende a stabilizzarsi.Riferendoci alla figura B, se la massa che ruota ad elevata velocità intorno all’asse yy si muove intorno all’asse xx (moto di precessione) si avrà anche la rotazione intorno all’asse zz (effetto giroscopico).

Il principio di funzionamento di uno stabilizzatore giroscopico per una imbarcazione è allora quello di indurre un moto di precessione longitudinale inclinando forzatamente l’asse di rotazione di una massa rotante ad elevata velocità, ottenendo così una coppia giroscopica trasversale che, opportunamente sfasata con il moto di rollio, lo contrasti fino ad annullarlo.

Nella figura C è schematizzato il funzionamento di uno stabilizzatore giroscopico passivo. Se la barca ha un movimento di rollio, si inclina anche il volano e si genera la coppia di precessione TG intorno all’asse trasversale che tende a far ruotare sul piano longitudinale la gabbia cardanica in cui ruota il volano stesso. Il dumper frena questa rotazione θ in modo che la coppia giroscopica che si genera sul piano trasversale sia sfasata, in ritardo, rispetto al movimento di rollio che ha innescato il processo. In questo modo, calibrando opportunamente il freno-dumper, si può ottenere che la coppia giroscopica TS sia in opposizione al moto di rollio, riducendone gli effetti. Lo stesso meccanismo può anche essere comandato e controllato con un sistema di servo-controllo che inclina forzatamente l’asse di rotazione del volano. In questo caso si parla stabilizzatori giroscopici attivi.

L’efficacia dell’effetto giroscopico, e quindi della stabilizzazione, sarà dovuta quindi dal corretto sfasamento della coppia giroscopica ma anche dalla sua intensità, intensità dovuta al momento angolare che si realizza. Tradotto in parole povere è noto che una massa che ruota intorno al suo asse baricentrico tende a mantenere la sua velocità di rotazione anche quando la forza la rotazione stessa cessa. Questo avviene ad esempio per il volano di un qualsiasi motore termico. Il momento angolare può essere espresso come prodotto del momento di inerzia baricentrico J della massa in rotazione e della sua velocità angolare ω. È evidente allora che per massimizzare questo prodotto conviene aumentare il più possibile la velocità di rotazione altrimenti, per avere lo stesso risultato con una velocità di rotazione inferiore, sarà necessario aumentare il momento di inerzia, che significa aumentare il peso o le dimensioni della massa, o entrambi i fattori.

Il principio del giroscopio, utilizzato nel 1852 dal fisico Jean Bernard Léon Foucault per dimostrare il moto di rotazione della terra, viene utilizzato per molte applicazioni. Ad esempio è utilizzato per costruire la girobussola, per stabilizzare le piattaforme di tiro e di misura su mezzi mobili, nei satelliti artificiali per mantiene orientato il veicolo nello spazio. Il principio giroscopico è anche alla base del funzionamento dell’innovativo veicolo a due ruote Segway HT (figura D) molto simile ad una biga senza cavalli.

sull'autore

Nautica Editrice

Lascia un commento

Optimization WordPress Plugins & Solutions by W3 EDGE
Iscriviti alla Newsletter

Iscriviti alla Newsletter

Potrai essere aggiornato su tutte le novità sul modo della Nautica.

Grazie la tua iscrizione è andata a buon fine.