Was ist ein Gyroskop?

Kreisel zeigen erstaunliche Eigenschaften, die in einem Kreiselinstrument genutzt werden. Wie funktioniert ein Gyroskop?

Was ist ein Gyroskop?

Ein Gyroskop mit rotierendem Kreisel im Inneren

Was ist ein Gyroskop?

Ein Spielzeug-Gyroskop

Physiker bezeichnen einen starren Körper, der  sich um einen festgehaltenen Punkt drehen kann, als Kreisel. Meist kennen wir Kreisel als Spielzeug: z.B. als Brummkreisel, als Peitschenkreisel, als Farbkreisel oder als verschiedene, kleine bunte Holzkreisel.

Versetzt man einen Kreisel in Rotation, dann erhält er einen Drehimpuls, indem man ein Drehmoment auf ihn anwendet. Mit dem Drehimpuls ist die Wucht, mit der sich ein Körper dreht, gekennzeichnet. Je schneller sich der Kreisel dreht, desto größer wird der Drehimpuls. Je schwerer der Kreisel bei einer gegebenen Winkelgeschwindigkeit ist, desto höher ist der Drehimpuls. Je größer die Masse des Kreisels vom Mittelpunkt entfernt ist, desto größer ist der Drehimpuls. Der Drehimpuls ist zudem eine Richtungsgröße ("vektorielle Größe"), und steht senkrecht auf der Ebene, in der sich die Masse dreht. Er gibt die Drehachse der Bewegung an.

Eine wichtige Erkenntnis stellt der "Drehimpulssatz" dar: Der Drehimpuls eines beliebigen Körpers bleibt konstant, solange keine Kräfte auf ihn wirken. Die Richtung und der Betrag der Drehbewegung bleibt gleich - ein rotierender Kreisel möchte seine Lage im Raum nicht ändern! Baut man einen Kreisel in eine kardanische Aufhängung (zwei Ringe mit um 90 Grad gegeneinander versetzte Achsen, die ineinander drehbar gelagert sind), dann kann die Aufhängung beliebig im Raum bewegt werden, aber der Kreisel beharrt in seiner Raumlage. Diese Konstruktion wird Gyroskop (Kreiselinstrument, Kreiselstabilisator) genannt.

Anwendung finden Gyroskope in der Navigation von Flugzeugen, Satelliten und Raumschiffen.

Hier kann man ein Spielzeug Gyroskop bestellen: Physikspielzeug Weltraumkreisel.

Bild 1: © by-studio - Fotolia.com



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