Gyroscoop

Voor het kunstwerk in Amsterdam-Oost, zie Gyroscoop (Jos Kokke)

Gyroscoop

Beweging van een tol of een planeet: R=rotatie P=precessie N=nutatie

Een gyroscoop is een rotatiesymmetrische massa met een omwentelingsas. Het is populair gezegd een tol. Voor het gebruik in de praktijk wordt voor de massa meestal een schijf genomen, waarbij de massa als een vliegwiel fungeert. De gyroscoop werkt doordat wanneer het vliegwiel aan het draaien is gemaakt, de wet van behoud van impulsmoment daarvoor geldt en de omwentelingsas ervan steeds in dezelfde richting, in dezelfde stand blijft staan, ongeacht de manier waarop de hele gyroscoop wordt bewogen. Een snel draaiende gyroscoop verzet zich tegen iedere verandering van de stand van de omwentelingsas.

Voorbeelden van gyroscopen zijn een gyrokompas, de Aarde, de wielen van een fiets, een draaitol en bepaalde instrumenten in een vliegtuig, zoals de kunstmatige horizon en de bochtaanwijzer. Vaak is een gyroscoop, net als een kompas op een schip, in een cardanische ophanging gevat, zodat hij in alle drie dimensies vrij kan draaien. De as blijft in zo'n ophanging altijd één kant op wijzen. Door deze eigenschap is de gyroscoop praktisch onmisbaar geworden als richtinstrument in vliegtuigen, schepen, torpedo's en raketten. De gyroscoop werd in de V2-raket gebruikt.

De Fransman Léon Foucault heeft in 1851 het principe van de gyroscoop verklaard en verzon de naam ervoor van de Griekse woorden γῦρος, gŷros, rond of cirkel en σκοπέω, skopéō, kijken of zien. Wanneer een gyroscoop eenmaal in beweging is gebracht, zal door de wet van behoud van impulsmoment de omwentelingsas in dezelfde richting blijven staan. Foucault demonstreerde aan de hand van dit principe dat de Aarde om haar as draait. Door de draaiing van de Aarde lijkt het namelijk of de gyroscoop in een etmaal om zijn as draait. Omdat de gyroscoop ten opzichte van de ruimte stilstaat moet de Aarde dus wel om haar as draaien.

Als de gyroscoop op maar een punt wordt ondersteund, zal precessie optreden. Het lijkt dan of de gyroscoop op een onmogelijke manier met de wetten van de zwaartekracht spot. Dit gedrag is het gevolg van het moment uitgeoefend door de zwaartekracht op het impulsmoment, wat een resultante loodrecht op de zwaartekracht tot gevolg heeft. Hoe groter het impulsmoment, des te lager de precessiesnelheid. Zo duurt een precessieperiode van de aarde 25.800 jaar. Nutatie is de 'bibberende' beweging van een tol of een planeet ten gevolge van de massaverdeling binnen het voorwerp.