gyroscope

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Présentation

gyroscope, appareil en rotation rapide qui fournit une direction de référence, car il possède les deux propriétés suivantes : l'inertie gyroscopique, ou « stabilité dans l'espace », et la précession, inclinaison de l'axe du corps orthogonalement à toute force visant à modifier le plan de rotation. Ces propriétés sont inhérentes à tous les corps en rotation, y compris la Terre. On désigne couramment par gyroscopes des appareils sphériques conçus pour tourner autour de toutes les directions. On utilise ces appareils pour étudier des mouvements dans l'espace. Un gyroscope qui ne peut tourner qu'autour d'un seul axe fixe est parfois appelé gyrostat. Le nom d'un appareil gyroscopique est souvent construit avec le préfixe gyro suivi du nom de l'application. Ainsi utilise-t-on des gyrocompas, des gyrostabilisateurs et des gyropilotes.

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Inertie gyroscopique

La stabilité dans l'espace d'un gyroscope est la conséquence du principe fondamental de la dynamique. Ainsi, une fois en rotation, et en l'absence de forces extérieures, le rotor d'un gyroscope continue à tourner dans le même plan et autour du même axe. Par exemple, une toupie tourne autour d'un axe vertical et se déplace librement dans un plan horizontal. L'inertie gyroscopique est mise en évidence par un gyroscope-type. Celui-ci est constitué d'un volant monté sur des anneaux, de telle manière que l'axe du volant peut occuper toutes les directions de l'espace. Ainsi, quelle que soit la position que l'on donne à l'appareil en le tournant ou en l'inclinant, le volant effectue son mouvement dans le plan de rotation initial tant qu'il peut tourner avec une vitesse suffisante pour compenser les frottements.

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Précession

Lorsque l'on applique une force à un gyroscope, l'axe de rotation de celui-ci se place orthogonalement à la direction de la force. Ce mouvement est dû à la fois au moment angulaire du corps en rotation et à la force exercée. On peut constater un exemple simple de précession avec un cerceau : pour déplacer un cerceau vers la droite ou vers la gauche, la pression n'est pas exercée sur l'avant ou l'arrière du cerceau, mais sur le dessus.

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Applications du gyroscope

Les gyroscopes constituent une part importante des systèmes de navigation automatique et de guidage par inertie dans l'aviation, l'aérospatiale, les missiles, les fusées, les bateaux et les sous-marins. Les instruments de guidage par inertie de ces systèmes sont constitués de gyroscopes et d'accéléromètres, qui calculent à tout instant la vitesse exacte et la direction de l'appareil en mouvement. Les signaux recueillis sont communiqués à un ordinateur qui les enregistre et qui corrige les aberrations de la trajectoire. Les missiles et les appareils de vol les plus sophistiqués peuvent aussi être guidés par des gyrolasers, qui ne sont pas vraiment des instruments à inertie, mais qui mesurent les changements de direction de l'appareil en analysant le trajet de deux rayons lasers allant en sens inverse. Un autre système moderne, appelé gyroscope à suspension électrique, utilise une sphère creuse de béryllium suspendue dans un berceau magnétique.