Um artigo de António Diogo Vieira Sebastião
O que são os giroscópios, esse palavrão tão desconhecido para muitos aeromodelistas?
Observemos o planeta Terra, e todos os outros que giram á volta do sol.
A Terra com seu eixo Norte/Sul roda em torno de si própria, o chamado movimento de rotação, e mantém imutável no espaço sideral a orientação desse seu eixo apesar de ter outro movimento, o de translação em volta do sol. A essa orientação imutável no espaço sideral do seu eixo de rotação chama-se rigidez giroscópica. A terra é pois o maior giroscópio que conhecemos.
A explicação mais conclusiva:
Peguemos num rolamento desses que todos conhecemos, segure-se-lhe muito bem no seu anel central e aplique-se-lhe ar comprimido de lado nas esferas de forma a pô-lo a rodar a alta velocidade. “Veja a figura”.
Quando o rolamento estava parado era muito fácil maneja-lo para qualquer posição horizontal ou vertical ou outra, mas depois de estar a rodar a alta velocidade, as coisas passam-se completamente diferentes.
Reparem que ele depois de estar a rodar, tenta manter imutável no espaço sideral a orientação do seu eixo de rotação tal como a Terra, devido á sua rigidez giroscópica.
(E digo no espaço sideral porque o rolamento apesar de estar num local á superfície da Terra, comporta-se da mesma forma como se estivesse fora da acção gravitacional da terra.).
Agora tentem alterar a orientação do eixo de rotação do rolamento enquanto ele roda, e vão ver que ele apresenta uma oposição á nossa intenção, mas se o obrigarmos vamos conseguir fazê-lo. Porém ao fazê-lo, ele vai tentar movimentar-se para um sentido 90 graus desfasado da orientação que lhe imprimimos. Sentido esse que será para um lado ou para o outro, dependendo do sentido de rotação do rolamento.
Se não tiverem a mão um rolamento para fazer a experiência, podem faze-la utilizando uma ventoinha de computador. Depois de ela estar a rodar peguem-lhe com as pontas dos dedos de cada mão, segurando pelas quinas opostas conforme mostra figura, e depois tentem movimenta-la de acordo com os passos que indico para o rolamento.
A esse movimento desfasado 90 graus chama-se precessão de um giroscópio. É esse movimento variável em quantidade proporcionalmente á força que lhe imprimimos para tirar o eixo da posição inicial, que a electrónica vai aproveitar para medir, transformando-o em grandezas eléctricas, e aplica-o aos servos do avião ou a nave espacial. Em ambos os casos estamos em presença de giroscópios pequenos, mas reais.
Portanto pode dizer-se que um giroscópio é todo o corpo sólido que esteja a rodar em torno de si próprio.
Uma roda de bicicleta é um giroscópio. É para aumentar o efeito giroscópico que os ciclistas usam por vezes rodas sem raios.
Um rotor de helicóptero é um verdadeiro giroscópio. Vejam que para ele se deslocar para a frente, o comando do passo das pás é-lhe dado com 90 graus de desfasamento, tal como acontece com o rolamento. Comando esse que será do lado direito ou do lado esquerdo, dependendo do sentido de rotação das pás.
A tudo isto chama-se propriedades dos giroscópios.
Agora vejamos o que se passa com os “chamados “ giroscópios electrónicos. Não são giroscópios. Adquiriram o nome por arrastamento dos sistemas antigos.
Princípio de funcionamento.
O quartzo que tiramos da rocha granítica tem particularidades electrónicas muito interessantes depois de trabalhado convenientemente.
Se pegarmos num bocado desse material, e depois de o talharmos convenientemente lhe ligarmos ás extremidades opostas uma fonte de energia eléctrica, e nas extremidades opostas a 90 graus colhermos informações eléctricas, verificamos que essas informações variam quando se movimenta o quartzo de posição, devido a que ele se torna sensível ao campo magnético da Terra, mas cessam logo que pararmos de movimentar o quartzo.
Se entretanto lhe aproximarmos um outro campo magnético, ele dará como resultado uma mistura dos dois.
Da mesma forma verificamos que quando se comprime um bocado de quartzo ele gera corrente eléctrica nas posições 90 graus desfasadas. “É o caso dos isqueiros modernos a gás, e não só”.
A estas propriedades do quartzo chama-se efeito piezoeléctrico.
Assim utilizando a propriedade que referi primeiro, que é a que nos interessa para o caso, temos um sensor de campo magnético que é capaz de nos dar informações de variação de movimento, e ao qual erradamente chamamos giroscópio.
Esses sensores não trabalham como giroscópios fora do campo magnético da Terra, e deixam-se enganar quando lhes aproximamos um campo magnético estranho. Daí que nunca podem ser utilizados em naves espaciais, nem sequer em aviões comerciais, mas servem muito bem para aeromodelos, porque estes voam bem dentro do campo magnético da Terra. Mesmo assim não poderão ser considerados giroscópios, mas sim rate gyros ou giroscópios de razão porque não determinam o rumo para onde estão apontados e não guardam o novo rumo depois da próxima alteração, como de resto acontecia com os giroscópios mecânicos.
Os giroscópios modernos de aviões grandes funcionam de uma forma bem diferente.
Considerando um circuito triangular fechado com espelhos nos cantos, e disparando um raio laser de forma que ele circule no triângulo, e ao mesmo tempo disparando o cronómetro electrónico podemos assim medir com precisão o tempo que o raio laser leva a circular no triângulo. Esse tempo aumentará se movimentarmos o “giroscópio” em sentido contrário ao de rotação do raio laser, e diminuirá se o movimentarmos no mesmo sentido. Aproveitando esta medição de tempo temos outra vez um giroscópio de razão ou rate gyro, uma vez que ele por si só não consegue memorizar as posições em que se fixa. Memoriza-o sim, mas é com a ajuda da electrónica, e a partir daí já se comporta como um verdadeiro giroscópio mecânico, com a vantagem de ter mais precisão e menos consumo de energia.
Em aeromodelismo estes giroscópios não passam ainda de um sonho porque quanto mais pequeno for o curso do raio laser mais imprecisa será a medição do tempo entre a chegada e partida do mesmo.
Desculpem se não me expliquei bem e ainda os fiz ficar com mais macaquinhos.
Um velho aeromodelista.
António Diogo Vieira Sebastião
Técnico de radio e electrónica, reformado da TAP-AIRPORTUGAL.Pagina pessoal : http://vaporvivo.no.sapo.pt
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