Salman

Aplikasi Giroskop yang Aneh pada Dunia Sains

Giroskop bergerak dengan cara yang aneh dan tampak menentang gravitasi. Sifat unik perangkat ini telah menjadikannya aset yang tak ternilai dalam dunia sains seperti pesawat terbang, stasiun luar angkasa, dan berbagai teknologi lain yang berhubungan dengan putaran.

Pesawat terbang pada umumnya sering kali memiliki serangkaian giroskop, termasuk kompas yang sangat penting. Stasiun Luar Angkasa MIR menggunakan sebelas giroskop untuk menjaga orientasinya relatif terhadap matahari, dan tidak ketinggalan teleskop Hubble juga memiliki sekumpulan giroskop.

Definisi Giroskop

Menurut English Oxford Dictionary, giroskop adalah "perangkat yang terdiri dari roda atau cakram yang dipasang untuk berputar cepat pada sumbu yang bebas mengubah arah. Orientasi sumbu tidak terpengaruh oleh kemiringan dudukan."

Meskipun definisi ini bagus, definisi ini tidak menjelaskan cara kerjanya atau mengapa giroskop penting. Untuk lebih memahami hal ini, pertama-tama kita perlu melihat "perilaku aneh" giroskop. Dalam bentuk paling dasar, giroskop adalah roda atau cakram yang berputar pada poros. Contoh yang lebih rumit juga akan dipasang pada rangka logam atau serangkaian rangka yang dapat digerakkan atau tidak dapat digerakkan (atau gimbal) untuk meningkatkan presisi peralatan.

Meskipun tampak seperti objek sederhana di permukaan, giroskop dapat melakukan beberapa trik yang sangat aneh. Saat roda tidak berputar, giroskop secara efektif adalah pemberat kertas yang direkayasa secara berlebihan. Jika Anda mencoba untuk menegakkannya, giroskop akan jatuh begitu saja. Kuncinya ada pada putarannya.

Pernahkah Anda memainkan giroskop menggunakan tali atau jari saat giroskop sedang bergerak. Sifat lain yang menonjol dari giroskop adalah ia akan berusaha menahan upaya untuk memindahkan posisinya. Anda bahkan dapat memiringkan giroskop pada sudut tertentu saat digantung di dudukan, dan giroskop akan tampak melayang, meskipun saat mengorbit dudukan. Yang lebih mengesankan lagi, Anda dapat mengangkat giroskop dengan seutas tali di salah satu ujungnya.

Bagaimana cara kerja giroskop?

Penjelasan untuk fenomena ini sulit dipahami secara intuitif. Kemampuan giroskop untuk menentang gravitasi merupakan hasil dari momentum sudut, yang dipengaruhi oleh torsi pada cakram, seperti gravitasi, untuk menghasilkan presesi giroskopik dari cakram atau roda yang berputar. Fenomena ini juga dikenal sebagai gerakan giroskopik atau gaya giroskopik, dan telah terbukti sangat berguna bagi kita manusia. Istilah-istilah ini merujuk pada kecenderungan benda yang berputar, bukan hanya giroskop, untuk mempertahankan orientasi rotasinya. Dengan demikian, benda yang berputar memiliki momentum sudut, seperti yang disebutkan sebelumnya, dan ini harus dipertahankan. Karena itu, benda yang berputar akan cenderung menahan perubahan apa pun pada sumbu rotasinya, karena perubahan orientasi akan mengakibatkan perubahan momentum sudut.

Contoh presesi hebat lainnya juga terjadi pada planet bumi. Seperti diketahui, sumbu rotasi bumi terletak pada sudut dari vertikal, yang, karena sudutnya, menelusuri lingkaran saat sumbu rotasi itu sendiri berputar. Meskipun tidak sepenuhnya relevan dengan artikel ini, alasan kemiringan bumi yang aneh cukup menarik.

Seperti yang diprediksi oleh Hukum Kedua Newton, efek ini akan meningkat jika cakram atau roda berputar lebih cepat. Hal ini tampak cukup jelas bagi siapa pun yang memiliki pengetahuan dasar tentang fisika.

Tampaknya menentang gravitasi terutama karena torsi efektif yang diterapkan pada cakram yang berputar pada vektor momentum sudutnya. Pengaruh gravitasi pada bidang cakram yang berputar menyebabkan sumbu rotasi "berbelok". Hal ini mengakibatkan seluruh sumbu rotasi menemukan "jalan tengah" antara pengaruh gravitasi dan vektor momentum sudutnya. Ingatlah bahwa perangkat giroskop dicegah agar tidak jatuh ke pusat gravitasi oleh sesuatu yang menghalangi, seperti tangan Anda, rangka/gimbal, atau meja.

Sekarang, dengan memperhitungkan bahwa giroskop dicegah agar tidak jatuh ke pusat gravitasi oleh sesuatu yang menghalangi, kita akan melihat sifat-sifat menarik yang kita lihat pada perangkat ini.

Giroskop vs. akselerometer: Apa perbedaan antara keduanya?

Untuk menjawab pertanyaan ini sepenuhnya, kita harus menilai cara kerja setiap perangkat. Karena kita telah membahas giroskop secara rinci di atas, mari kita lihat apa itu akselerometer dan cara kerjanya.

Kamus Merriam Webster mendefinisikan akselerometer sebagai "alat untuk mengukur percepatan atau mendeteksi dan mengukur getaran." Bagus, tetapi itu tidak memberi kita banyak informasi. Dalam pengertian paling mendasar, akselerometer adalah perangkat elektromekanis yang mengukur gaya percepatan — oleh karena itu dinamakan demikian.

Gaya ini dapat bersifat statis (seperti gravitasi) atau dinamis (disebabkan oleh gerakan atau getaran perangkat). Ada berbagai cara untuk membuat akselerometer menggunakan efek piezoelektrik atau kapasitansi penginderaan. Yang pertama terdiri dari struktur kristal mikroskopis yang menjadi tertekan oleh gaya akseleratif dan menghasilkan tegangan sebagai gantinya. Yang terakhir menggunakan dua struktur mikro yang ditempatkan bersebelahan.

Masing-masing memiliki kapasitansi tertentu, dan saat gaya akseleratif menggerakkan salah satu struktur, kapasitansinya akan berubah. Dengan menambahkan beberapa sirkuit untuk mengubah kapasitansi menjadi tegangan, Anda akan mendapatkan akselerometer kecil yang sangat berguna.

Bahkan ada lebih banyak metode, termasuk efek piezoresistif, gelembung udara panas, dan cahaya, untuk menyebutkan beberapa di antaranya. Jadi, seperti yang Anda lihat, akselerometer dan giroskop adalah dua hal yang sangat berbeda.

Intinya, perbedaan utama antara keduanya adalah yang satu dapat merasakan rotasi, sedangkan yang lain tidak. Karena giroskop bekerja melalui prinsip momentum sudut, giroskop sangat cocok untuk membantu menunjukkan orientasi objek di ruang angkasa.

Di sisi lain, akselerometer hanya dapat mengukur percepatan linier berdasarkan getaran. Namun, ada beberapa variasi akselerometer yang juga menyertakan giroskop. Perangkat ini terdiri dari giroskop dengan beban pada salah satu sumbunya.

Perangkat akan bereaksi terhadap gaya yang dihasilkan oleh beban saat dipercepat dengan mengintegrasikannya untuk menghasilkan kecepatan.

Apa itu giroskop optik?

Bentuk lain dari giroskop adalah giroskop optik. Perangkat ini tidak memiliki bagian yang bergerak dan umumnya digunakan dalam pesawat jet komersial modern, roket pendorong, dan satelit yang mengorbit.

Aturan tangan kanan

Ilmuwan cenderung menggunakan apa yang disebut "aturan tangan kanan" untuk memvisualisasikan hal ini. Untuk melakukannya, ambil tangan kanan Anda dan buat sudut siku-siku. Kemudian Anda dapat merentangkan jari-jari Anda di sepanjang radius roda. Jika Anda menekuk ujung jari-jari Anda ke arah putaran, ibu jari Anda akan menunjuk ke arah momentum sudut. Poros roda akan menjadi arah yang "diinginkan" oleh seluruh roda yang berputar.

Penerapan Giroskop

Sifat-sifat giroskop yang menarik telah memberikan beberapa aplikasi yang menarik bagi para ilmuwan dan insinyur. Kemampuannya untuk mempertahankan orientasi tertentu di ruang angkasa sangat fantastis untuk beberapa aplikasi.

Pasang beberapa sensor, dan Anda akan mendapatkan resep untuk kegunaannya. Dengan mengingat hal itu, berikut adalah beberapa contoh hebat penggunaan giroskop di dunia modern kita.

1. Anda akan menemukan banyak giroskop di pesawat terbang

Pada pesawat modern, sistem pemandu inersia menggunakan perangkat yang relatif sederhana ini. Sistem ini memiliki serangkaian giroskop berputar untuk memantau dan mengendalikan orientasi pesawat saat terbang. Giroskop berputar disimpan dalam sangkar khusus yang memungkinkannya mempertahankan orientasinya secara independen dari orientasi pesawat.

Sangkar giroskop memiliki kontak dan sensor listrik yang dapat menyampaikan informasi kepada pilot setiap kali pesawat berputar atau menukik. Hal ini memungkinkan pilot dan sistem pemandu "mengetahui" orientasi relatif pesawat saat ini di luar angkasa.

2. Mars Rover juga memiliki beberapa giroskop

Mars Rover juga memiliki seperangkat giroskop. Giroskop memberikan stabilitas pada Rover serta membantu navigasi. Giroskop juga dapat diaplikasikan pada pesawat nirawak dan helikopter, dalam memberikan stabilitas dan membantu navigasi.

3. Rudal jelajah dan balistik juga menggunakan giroskop

Aplikasi menarik lainnya dari giroskop adalah untuk sistem pemandu rudal jelajah dan balistik. Digunakan untuk mengarahkan dan mengoreksi gerakan roll, pitch, dan yaw secara otomatis, sensor giroskop telah digunakan untuk tujuan ini sejak rudal Jerman V-1 dan V-2 pada Perang Dunia 2.

Biasanya, rudal akan membawa setidaknya dua giroskop untuk tujuan ini, dengan masing-masing giroskop menyediakan garis referensi tetap yang darinya setiap penyimpangan dapat dihitung. Satu referensi cenderung mencakup sumbu putaran giroskop vertikal.

Penyimpangan pitch, roll, dan yaw dapat dengan mudah diukur dari sumbu ini. Giroskop juga digunakan dalam stabilisator penglihatan senjata, penglihatan bom, dan platform untuk membawa senjata dan sistem radar di atas kapal perang.

4. Giroskop juga dapat ditemukan di pesawat ruang angkasa orbital

Aplikasi menarik lainnya dari giroskop adalah untuk sistem pemandu inersia pesawat ruang angkasa orbital. Pesawat kecil seperti itu membutuhkan tingkat presisi yang tinggi dalam hal stabilisasi, dan giroskop sangat cocok untuk pekerjaan tersebut.

Beberapa perangkat yang lebih besar dan lebih berat, yang disebut roda momentum atau roda reaksi, juga digunakan untuk kontrol ketinggian satelit yang lebih besar.

5. Sebagian dari Star Wars: Return of the Jedi difilmkan menggunakan girosko.

Sebuah perangkat yang disebut "Steadicam" digunakan untuk merekam adegan tertentu dalam Star Wars: The Return of the Jedi (serta dalam banyak film lainnya). Perangkat ini, yang digunakan dengan beberapa giroskop, menjaga kamera tetap stabil saat merekam latar belakang untuk pengejaran sepeda motor cepat yang terkenal di Endor.

Diciptakan oleh Garrett Brown, ia mengoperasikan alat tersebut untuk berjalan melalui hutan redwood, menjalankan kamera pada satu bingkai per detik. Ketika rekaman dipercepat hingga 24 bingkai per detik, hal itu memberi kesan perjalanan berkecepatan tinggi melalui pepohonan. Saat ini, turunan Steadicam merupakan fitur umum dari banyak produksi film.

6. Ponsel Anda mungkin juga memilikinya

Giroskop juga telah digunakan dalam berbagai produk konsumen selama beberapa tahun terakhir. Memasukkannya ke dalam perangkat genggam, seperti telepon pintar, memungkinkan cara yang sangat akurat untuk menentukan gerakan dalam ruang 3D.

Telepon pintar modern biasanya menggabungkan giroskop dengan akselerometer untuk memberikan penginderaan arah dan gerakan yang sangat baik. Contoh yang menonjol termasuk Samsung Galaxy Note 4, HTC Titan, iPhone 5s, dll.

Konsol gim modern juga cenderung menyertakan beberapa bentuk giroskop. Dari Wii Remote hingga berbagai periferal Playstation 3 dan 4, giroskop telah membuka cara yang sama sekali baru untuk memainkan gim komputer.

7. Jangan sampai kita lupa drone

Aplikasi menarik lainnya dari giroskop dalam kehidupan sehari-hari adalah drone. Agar perangkat ini dapat terbang dengan sempurna, mereka memerlukan giroskop, di antara perangkat lainnya, untuk melayang dan terbang dengan stabil. Drone komersial modern menggunakan stabilisator giroskop tiga dan enam sumbu untuk memberikan informasi navigasi kepada pengendali penerbangan, sehingga drone lebih mudah dan aman untuk diterbangkan. Meskipun desainnya sederhana, giroskop telah menjadi bagian penting dari peralatan apa pun mulai dari kapal laut hingga Pesawat Ulang Alik dan, tentu saja, helikopter.

Giroskop luar biasa, bahkan jika Anda tidak menyadari keberadaannya. Sungguh menakjubkan untuk berpikir bahwa perangkat sederhana seperti itu dapat memiliki aplikasi yang menarik dan beragam. Meskipun perangkatnya relatif sederhana, giroskop memiliki sifat-sifat fantastis yang telah dimanfaatkan oleh para ilmuwan dan insinyur untuk membuat dunia kita sedikit lebih baik.

Dari berbagai sumber

Dr. -Ing Salman, ST., MSc.

Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Mataram