Cos'è ElectroYou | Login Iscriviti

ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

Principio funzionamento girobussola

Leggi e teorie della fisica

Moderatori: Foto UtenteIsidoroKZ, Foto UtenteDirtyDeeds, Foto UtenteIanero, Foto UtentePietroBaima

0
voti

[1] Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto Utenteschumy91 » 28 set 2016, 10:16

Salve, possibilmente c'è qualcuno che possa farmi capire in maniera semplice e chiara come funziona una girobussola e come fa quindi ad indicare una certa rotta? Grazie
Avatar utente
Foto Utenteschumy91
114 1 6 8
Sostenitore
Sostenitore
 
Messaggi: 753
Iscritto il: 13 gen 2008, 0:30
Località: Cittadino del Mondo

0
voti

[2] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 28 set 2016, 10:32

Avatar utente
Foto Utenterichiurci
28,3k 7 11 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 7752
Iscritto il: 2 apr 2013, 16:08

0
voti

[3] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto Utenteschumy91 » 28 set 2016, 10:34

si ho letto su wikipedia ma non ho capito come fa la girobussola a sapere se, per esempio, sta su 100 anzichè 234...non so se mi sono spiegato
Avatar utente
Foto Utenteschumy91
114 1 6 8
Sostenitore
Sostenitore
 
Messaggi: 753
Iscritto il: 13 gen 2008, 0:30
Località: Cittadino del Mondo

2
voti

[4] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 29 set 2016, 22:16

Foto Utentecarloc anche questa domanda e` per te!
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
104,7k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 18581
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

6
voti

[5] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto Utentecarloc » 30 set 2016, 13:42

mmm per intuire come funziona una girobussola ci vuole
i) il principio di conservazione del momento angolare
ii) la precessione che si applicando a i) un momento

:D :D

ah la girobussola si allinea all'asse di rotazione terrestre! Forse si potrebbe chiamare un sensore di rotazione ;-)

Appena posso scrivo due cose, intanto lancio un sasso nello stagno:

un osservatore esterno, fisso nello spazio fuori dalla terra come vede muovere due persone ferme in piedi sulla terra, una al polo ed una all'equatore, a seguito della rotazione della terra sul suo asse?
:D
Se ti serve il valore di beta: hai sbagliato il progetto!
Avatar utente
Foto Utentecarloc
33,2k 5 11 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 2119
Iscritto il: 7 set 2010, 19:23

0
voti

[6] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto Utenteschumy91 » 3 ott 2016, 12:48

Mmmm...penso che quella all'equatore dia la sensazione di muoversi...mentre quella al polo dovrebbe apparire ferma. Spero di non aver scritto cavolate...
Avatar utente
Foto Utenteschumy91
114 1 6 8
Sostenitore
Sostenitore
 
Messaggi: 753
Iscritto il: 13 gen 2008, 0:30
Località: Cittadino del Mondo

11
voti

[7] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto Utentecarloc » 9 ott 2016, 12:44

Disclaimer: queste sono solo due chiacchere da back-of-the-envelope al ristorante, nessuna pretesa :D

Ora prima di tutto un piccolo, forse inutile, chiarimento: la girobussola non si deve confondere con una piattaforma inerziale.
Benché entrambi i dispositivi possano essere realizzati con dei giroscopi e servano per l'orientamento nella navigazione sono due cose profondamente diverse.

Una girobussola, chiamata anche north seeking device è un apparecchio che appunto si orienta verso il nord geografico, funziona quasi ovunque sulla terra, e se perturbato si ri-allinea di nuovo correttamente.

Invece una piattaforma inerziale è un oggetto che cerca di mantenere fisso il suo orientamento nello spazio, si deve manualmente allineare verso un punto noto prima della partenza ma funziona ovunque.
Per contro durante il funzionamento tende a derivare dall'allineamento iniziale e se perturbato lo perde irrimediabilmente.

detto questo....

Grandezza di ingresso (che cosa "sente" la girobussola)
Allora sì Foto Utenteschumy91 in effetti hai ragione, per quello che riguarda il moto di traslazione una persona al polo appare ferma ad un osservatore stazionario nello spazio (in effetti trascuriamo la rivoluzione della terra intorno al sole), mentre uno all'equatore appare percorrere una circonferenza.
Ma non è questa componente del moto che interessa il funzionamento di una girobussola.

Si deve pensare alla rotazione invece:


un esquimese appare ruotare sul suo asse, un po' come una ballerina.

Invece, che so un ecuadoregno, appare come ruotare "attaccato per i piedi".
Ora un osservatore che stia "accanto" all'ecuadoregno (trasli con lui lungo l'equatore) ma che mantenga il suo orientamento nello spazio vedrebbe l'amico (e con lui la direzione della forza di gravità) ruotare attorno alla direzione nord-sud.

guardando verso nord si vedrebbe qualcosa del genere, che in effetti viene anche chiamata "ribaltamento dell'orizzonte".

Ora la grandezza che viene "letta" dalla girobussola è proprio questa rotazione di g, il ribaltamento dell'orizzonte.

Tutto questo all'equatore, ma altrove? Altrove, al variare della latitudine, si ha una combinazione lineare dei due movimenti visti, il ribaltamento e la rotazione assiale. Con un semplice prodotto scalare è facile verificare che i coefficienti di tale combinazione seguono seno e coseno della latitudine.

In pratica man mano che saliamo in latitudine si ha sempre meno ribaltamento e sempre più rotazione.
Visto che la seconda è inutile alla girobussola quello che accade è che questa funzionerà sempre meno accuratamente (avrà ingresso sempre più piccolo) man mano che ci spostiamo verso i poli .

In effetti normalmente le girobussole sono specificate per funzionare a latitudini minori di 75° 80° gradi.

lunch time :D [fine prima puntata :lol: :lol: ]
Se ti serve il valore di beta: hai sbagliato il progetto!
Avatar utente
Foto Utentecarloc
33,2k 5 11 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 2119
Iscritto il: 7 set 2010, 19:23

7
voti

[8] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto Utentecarloc » 9 ott 2016, 17:22

Okay allora part two:

Giroscopi e precessione
Allora sappiamo che vale il principio di conservazione del momento angolare. Semplificando al massimo (mi son ripromesso di non mettere neanche una formula :D ) significa che un corpo rotante non perturbato mantiene fissa la direzione del suo asse di rotazione.

Se prendiamo un volano, lo facciamo ruotare in una sospensione cardanica (50 sfumature di blu :lol: ) che permetta senza attrito di muoversi in ogni direzione questo manterrà fissa la direzione del sua asse di rotazione.

Ora questo ancora pare abbastanza intuitivo, quello che veramente pare "strano" -in effetti affascinò persino Enrico Fermi bambino- è che se tento di far cambiare direzione all'asse (applico un momento) questo non si muove nella direzione della coppia applicata ma perpendicolarmente a quest'ultima.

Nello schizzo sopra si vede che se "premo verso il basso con F l'asse destro" (applico un momento M) questo non si sposta verso il basso(*), ma tende ad "entrare nello schermo" (ruota con velocità angolare \Omega_\text{P} )

(*) In realtà si sposta quel tanto che serve a mantenere valida la conservazione del momento angolare e dell'energia ma avevo promesso di farla semplice e la taglio qua.

Girobussola
Ok finalmente ci possiamo costruire 'sta girobussola.
Prendiamo un giroscopio e "attacchiamo" una massa al di sotto. Finito :D

Vediamo come funziona: supponiamo di essere all'equatore e di avere il nostro giroscopio+massa con asse di rotazione orizzontale e allineato nord-sud, vediamo cosa accade con il ribaltamento dell'orizzonte visto prima.

...per quanto la massa ruoti attorno al giroscopio non riesce mai ad applicare un momento che tenti di cambiare la direzione dell'asse di rotazione.
Quindi questa è una posizione di equilibrio.

Invece vediamo cosa accade ancora all'equatore ma con asse di rotazione allineato est-ovest

questa volta il ribaltamento dell'orizzonte riesce ad applicare un momento e quindi a far precedere l'asse di rotazione del giroscopio.
Questa rotazione farà alla fine coincidere l'asse di rotazione con l'asse nord-sud.

Le cose facilmente intuibili forse finiscono qui, alcune operazioni di proiezione dei vettori renderebbero la cosa più chiara, ma lo spazio sul tovagliolino di carta del ristorante è finito :D
In effetti la parte complessa è soltanto la proiezione delle quantità in gioco tra i due sistemi di riferimento.

In pratica, visto dal riferimento locale, il ruotare per allinearsi comporta anche un "alzarsi" o "abbassarsi" (l'asse punta nord ma sotto o sopra l'orizzonte). Questa non orizzontalità di nuovo genera un momento che fa ancora disallineare dal nord-sud.
Cattura.JPG

abbiamo un sistema non smorzato che oscilla intorno al punto di equilibrio.
Naturalmente ci sono vari metodi, elettronici o anche meccanici che permettono di smorzare queste oscillazioni.

Se non ci troviamo all'equatore si ha che la componente di ribaltamento è minore e questo diminuisce il momento applicato e quindi la velocità angolare di precessione: l'allineamento sarà più lento.
Allo stesso tempo ci sarà una componente di rotazione: allora il giroscopio non si stabilizzerà perfettamente orizzontale, ma inclinato di quel tanto che basta per dare il momento che dia una velocità di precessione uguale alla componente delle rotazione terrestre in quel punto.

Comunque quello che volevo era soltanto dare un colpo d'occhio sui principi generali, molti altri aspetti sia teorici che pratici sarebbero da tenere in considerazione.
Se ti serve il valore di beta: hai sbagliato il progetto!
Avatar utente
Foto Utentecarloc
33,2k 5 11 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 2119
Iscritto il: 7 set 2010, 19:23

0
voti

[9] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 9 ott 2016, 17:36

=D> =D> =D>
Finalmente ho capito come funziona una girobussola! Grazie!
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
104,7k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 18581
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

0
voti

[10] Re: Principio funzionamento girobussola

Messaggioda Foto Utenteschumy91 » 9 ott 2016, 20:45

Quindi senza la rotazione terrestre non funzionerebbe nulla?
Avatar utente
Foto Utenteschumy91
114 1 6 8
Sostenitore
Sostenitore
 
Messaggi: 753
Iscritto il: 13 gen 2008, 0:30
Località: Cittadino del Mondo

Prossimo

Torna a Fisica generale

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 1 ospite