Gyroskop

Bei dem Gyroskop handelt es sich um ein bewegliches Lager, in dem ein Kreisel asymmetrisch rotiert. Es wird daher auch Kreiselinstrument genannt. Das bewegliche Lager kann die Form eines Käfigs haben oder eine kardanische Aufhängung sein. Findet eine Messung der Drehgeschwindigkeit zwischen Kreisel und Käfig statt, so handelt es sich um ein Gyrometer.

 

Funktionsweise eines Gyrokops

Das Gyroskop ist ein geschlossenes System, dessen Drehimpuls immer gleich bleibt. Greift eine Kraft von Außen mit der Absicht die Drehachse zu verändern an, so entsteht ein Drehmoment. Durch das senkrechte Kippen der Kreiselachse zur angreifenden äußeren Kraft, wird der Drehimpuls beibehalten.

Anwendung

Das Gyroskop kann in vielfältiger Weise eingesetzt werden. Insbesondere in der Verkehrstechnik und zur Navigation. Im PKW werden Gyrometer zur genauen Messung von Richtungsänderungen eingesetzt. Mit der Messung der zurückgelegten Strecke ist damit dann eine Positionsbestimmung möglich.

Ohne Gyroskop gäbe es keinen Autopiloten

Ohne Gyroskop gäbe es keinen Autopiloten

Im Flugzeug-Cockpit werden für den künstlichen Horizont ein Horizontkreisel, ein Wendezeiger für den Kurvenflug und der Kurskreisel für die Flugrichtung eingesetzt. Zahlreiche andere Kreiselinstrumente im Flugzeugrumpf dienen unter anderem zur Steuerung des Autopiloten.

Gyroskope werden bei Modellhubschraubern und –flugzeugen zur Stabilisierung der Steuerung gegen Wind und andere Nebeneffekte eingesetzt. Ansonsten wäre eine Steuerung nur sehr schwer möglich. Bei Schlachtschiffen und Panzern wird das Gyroskop eingesetzt, um bei der Erfassung des Zieles Unebenheiten im Gelände oder Wellengang auszugleichen. Bei Flugzeugträgern erfolgt der Einsatz aus dem gleichen Grund um den Anflugleitstrahl zu stabilisieren. Kreiselstabilisierte Ferngläser eignen sich besonders für den Einsatz auf Schiffen, Hubschraubern und Flugzeugen. Weitere Einsatzgebiete des Gyroskops sind Torpedos, unbemannte Fluggeräte, die Raumfahrt und gyroskopischen Sensoren in der Unterhaltungsindustrie. Die Raumstation ISS nutzt das Gyroskop zur Lagebestimmung im Weltraum und ist damit der wohl prominenteste Einsatzort.

Physikalische Gesetze scheinbar aushebeln

Das Gyroskop wird aber nicht nur in Raum und Luftfahrt eingesetzt. Auch in Privathaushalten findet es seinen Einsatz. Meist jedoch eher als naturwissenschaftliches Spielzeug. Scheinbar müherlos hebelt ein rotierendes Gyroskop die Naturgesetze aus der Angel. Wie genau das geht zeigt das Video…

Die Geschichte des Gyroskops

Ein Gyroskop oder Kreiselinstrument ist ein schnell routierender, gleichmäßiger Kreisel, welcher in einem flexiblen Lager kreist. Das Lager kann aus einer kardanischen Aufhängung bestehen oder einen Rahmen, der die Gestalt eines Käfigs hat. Wird die Drehgeschwindigkeit zwischen Käfig und Kreisel gemessen, so bezeichnet man dies als ein Gyrometer.

Kreiselinstrumente, welche zur beweglichen Lagerregelung sowie als Navigationsinstrument eingesetzt werden, werden in erster Linie für die Luft- und Raumfahrt benutzt. Zur Zeit wird der Begriff „Kreisel“ für zahlreiche Drehratensensoren genutzt, die über keinen Kreisel verfügen, aber denselben Zweck erfüllen wie ein Kreiselinstrument.

Wann ist das Kreiselinstrument erstanden?

Das Kreiselinstrument wurde 1817 von dem Professor Johann Gottlieb Friedrich von Bohneberger an der Universität in Tübingen erfunden und 1852 von Jean Bernhard Leon Foucault bis zur Konstruktion und Fertigung des Kreiselkompasses weiterentwickelt, währenddessen das erste Kreiselinstrument von 1817 die hauptsächliche Grundlage zur Weitererfindung des Kreiselkompasses 1852 war.

Welchen Einsatz hatte es?

Beruhend auf der Erfindung von Johann Gottlieb Friedrich von Bohnebergers wurde 1852 das Kreiselinstrument angefertigt. Bohnebergers Verwendung der grundsätzlichen Idee diente zur Entschlüsselung, der schon im Altertum erforschten Schlingerbewegung der Erdachse. Der heutige Kreiselkompass entspricht dem Meridiankreisel von Jean Bernhard Leon Foucauld. Dessen praktische Anwendbarkeit für die Seefahrt wurde 1907 erstmalig, durch Hermann Anschütz-Kaempfe, durch entsprechender Entwicklungsphase und Bau, ermöglicht.

Wer hat es denn nun erfunden?

Dass die Zuschreibung der Schöpferschaft in technischen Gebieten nicht immer ganz problemlos verläuft, sieht man daran, dass es bei der Erfindung des Kreiselkompasses, zwischen Elmer Ambrose Sperry und Anschütz-Kaempfe 1914, ein heftigen Patentstreit gab, bei dem Albert Einstein als Gutachter eingesetzt wurde. Bei der 2004 gestarteten Satellitenmission Garity Probe B, wurde mit einem exakt genauen Kreiselinstrument versucht, Albert Einsteins Theorien wie die Verzerrung der Raumkrümmung durch die Erdrotation auf der basierenden Anwendung von Bohnebergers zu erforschen. Vier auf dieser Erfindung beruhenden Gyroskope assistieren die Kurskorrekturmanöver sowie die Lagekontrolle der ISS.

Eine andere Erfindung war die eines individuellen, bipolaren Elektroskopes. Das Vorgängermodell von Alessandro Volto konnte mit einer Ausrichtung eines Goldplättchens, welches zwischen zwei Polen aufgehängt wurde, bei der Messung einer Ladung, entweder Negativ oder Positiv festgestellt werden.

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