Kako žirokompas pronalazi pravi sjever
1Lekcija jednostavnim riječima
Žiroskopska inercija drži os vrtnje postojanom. Gravitacijsko upravljanje i prigušivanje smiruju žiroskop na pravom meridijanu, pravcu sjever–jug.
Dva svojstva
Žiroskop je rotor koji se brzo vrti i može se slobodno zakretati oko svojih osi. Žiroskopska inercija, odnosno krutost u prostoru, znači da njegova os vrtnje zadržava isti smjer u prostoru. Moment sile, odnosno zakretni moment, koji djeluje oko jedne osi izaziva zakretanje žiroskopa oko treće osi. To je precesija. Ta je treća os okomita i na os vrtnje i na os momenta sile. Žirokompas koristi oba svojstva.
Zašto slobodni žiroskop mijenja smjer
Zemlja se okreće oko 15° na sat. Slobodni žiroskop zadržava smjer u prostoru dok se Zemlja okreće ispod njega. Kod vodoravne osi prividna promjena azimuta (vodoravnog smjera) iznosi oko 15° × sin φ na sat, gdje je φ geografska širina. Brzina promjene nagiba ovisi o smjeru osi: najveća iznosi oko 15° × cos φ na sat za os istok–zapad; za sjever–jug jednaka je nuli. To su prividna gibanja, a ne usmjeravanje prema sjeveru.
Gravitacijsko upravljanje
Proizvođač dodaje gravitacijsko upravljanje: viseći uteg ili povezani sustav s tekućinom. Kad se os nagne, gravitacija stvara moment sile, a precesija ga pretvara u promjenu azimuta prema meridijanu. Os se sada neprekidno njiše preko meridijana, prema istoku i zapadu. Time se žiroskop usmjerava prema sjeveru.
Prigušivanje i smirivanje
Prigušivanje smanjuje svaki njihaj dok se os ne zaustavi na meridijanu ili vrlo blizu njega: žiroskop se smirio. Pogreška smirenog položaja razlika je između srednjeg očitanja smirenog kompasa i pravog smjera pramca. Smirivanje nakon uključivanja traje neko vrijeme. IMO-ova norma, rezolucija A.424(XI), dopušta do šest sati na širinama do 60°. Mnogi suvremeni uređaji brži su. Uključi ga dovoljno rano prema podatku proizvođača, prije nego što ti zatreba za isplovljenje.
Prednosti i ograničenja
Smireni žirokompas daje prave smjerove pramca: nema magnetske deklinacije ni devijacije. Sila usmjeravanja prema sjeveru slabi prema polovima, približno s cos φ, pa na visokim širinama pogreške rastu. Radnu granicu provjeri u uputama. Ovisi o električnom napajanju i osloncu rotora. Treba mu standardni magnetski kompas kao neovisna pričuva, a njegovu pogrešku i dalje moraš provjeravati.
2Ključni podaci
- Zemljina rotacija
- Oko 15° na sat (15,04° na sat)
- Promjena azimuta slobodnog žiroskopa (vodoravna os)
- Oko 15° × sin geografske širine na sat
- Najveća promjena nagiba slobodnog žiroskopa
- Oko 15° × cos geografske širine na sat; vodoravna os istok–zapad
- Vrijeme smirivanja (A.424)
- Unutar 6 sati, na geografskim širinama do 60°
- Pogreška smirenog položaja (A.424)
- Najviše 0,75° ÷ cos geografske širine
3Ključne točke
- 1
Žiroskopska inercija drži os postojanom u prostoru. Precesija mijenja njezin smjer pod djelovanjem momenta sile.
- 2
Slobodni žiroskop prividno mijenja azimut i nagib zbog Zemljine rotacije. Gravitacijsko upravljanje usmjerava ga prema meridijanu.
- 3
Prigušivanje zaustavlja njihanje, pa se žiroskop smiruje. Pričekaj vrijeme smirivanja koje navodi proizvođač.
- 4
Žirokompas pokazuje pravi sjever, ali mu sila usmjeravanja slabi blizu polova i ipak ima male pogreške.
4Česte pogreške
Pogrešno: Žiroskop sam po sebi pokazuje pravi sjever.
Točno: Slobodni žiroskop samo zadržava smjer u prostoru. Gravitacijsko upravljanje i prigušivanje usmjeravaju ga i smiruju na meridijanu.
Pogrešno: Žirokompas je spreman čim rotor postigne radnu brzinu.
Točno: Prvo se mora smiriti, što može trajati satima. Uključi ga rano i usporedi s magnetskim kompasom prije nego što se osloniš na njega.
Pogrešno: Žirokompas nema pogreške jer nema magnetske deklinacije ni devijacije.
Točno: Ima vlastite male pogreške, primjerice pogrešku brzine i kursa, koje rastu na visokim širinama. Provjeravaj ga svaku stražu.
5Praktični slučaj i ključ za ispit
Tvoj je brod bio u suhom doku s isključenim žirokompasom. Isplovljenje je planirano u 0800, a električar predlaže uključivanje u 0730. Što mu kažeš?
Prikaži odgovor
Nemoj pretpostaviti da je 30 minuta dovoljno. Provjeri proizvođačevo vrijeme smirivanja i pokazatelje spremnosti. Dogovori dovoljno rano uključivanje da se ti uvjeti ispune. Prije uporabe pri isplovljenju potvrdi da se žirokompas smirio i provjeri njegovu pogrešku prema neovisnoj referenci.
Savjeti za ispit
- Žiroskopska inercija i precesija; gravitacijsko upravljanje usmjerava prema sjeveru, prigušivanje omogućuje smirivanje.
- A.424(XI): smirivanje unutar 6 h do 60° širine; pogreška smirenog položaja ≤ 0,75° ÷ cos geografske širine.
- Vodoravni slobodni žiroskop: promjena azimuta 15° sin φ/h; najveća promjena nagiba 15° cos φ/h za os istok–zapad, nula za sjever–jug. Sila usmjeravanja slabi prema polovima.
Završite ovu cjelinu
Kad je pročitate, spojite pojmove, a zatim odgovorite na tri pitanja. Za završetak cjeline svi odgovori moraju biti točni; samo otvaranje stranice ne računa se.
Moje bilješke za ovu cjelinu
Nema bilješki