Giroscopi e il loro utilizzo
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Questions and Answers

Quale delle seguenti grandezze fisiche corrisponde alla velocità angolare?

  • Variazione della velocità rispetto al tempo
  • Variazione dell'accelerazione angolare rispetto al tempo
  • Variazione della posizione angolare rispetto al tempo (correct)
  • Variazione della posizione rispetto al tempo

Quale delle seguenti grandezze corrisponde alla variazione della velocità angolare rispetto al tempo?

  • Momento di inerzia
  • Velocità angolare
  • Accelerazione angolare (correct)
  • Accelerazione

Quale delle seguenti grandezze è una misura della resistenza di un corpo alla variazione del suo moto rotatorio?

  • Velocità angolare
  • Momento di inerzia (correct)
  • Massa
  • Accelerazione angolare

Cosa rappresenta la grandezza fisica '' nel testo?

<p>La posizione angolare (B)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti opzioni descrive correttamente la relazione tra il momento di inerzia (I) e la distanza (r) di una massa elementare dall'asse di rotazione?

<p>I è direttamente proporzionale a r^2 (B)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti analogie tra il moto di traslazione e il moto rotatorio è CORRETTA?

<p>Lo spostamento è analogo allo spostamento angolare (A)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti analogie tra le grandezze fisiche utilizzate per descrivere il moto di traslazione e il moto rotatorio è SBAGLIATA?

<p>La posizione corrisponde alla posizione angolare (B)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni sulla regola della mano destra utilizzata per determinare il verso della velocità angolare è CORRETTA?

<p>Le dita puntano nella direzione dell'asse di rotazione, il pollice nella direzione della velocità angolare (A)</p> Signup and view all the answers

Qual è l'indicazione principale all'inizio di una virata quando il velivolo rolla per buttare giù l'ala?

<p>Velocità angolare di rollio (B)</p> Signup and view all the answers

Perché il girodirezionale è considerato migliore della bussola magnetica in volo?

<p>Non è influenzato dalle accelerazioni del velivolo (A)</p> Signup and view all the answers

Quale fenomeno causa il giroscopio a perdere la direzione del Nord nel tempo?

<p>Precessione apparente (C)</p> Signup and view all the answers

Ogni quanto tempo deve essere corretta la direzione del girodirezionale per garantire indicazioni attendibili?

<p>Ogni 10-15 minuti (C)</p> Signup and view all the answers

Cosa indica la scritta “no pitch information” sul display del velivolo?

<p>Non si forniscono informazioni di assetto (D)</p> Signup and view all the answers

Qual è l'angolo massimo di inclinazione consentito per l'asse del rotore rispetto al piano alare?

<p>± 55° (C)</p> Signup and view all the answers

Cosa è necessario fare per eseguire manovre acrobatiche con angoli di assetto maggiori?

<p>Utilizzare strumenti specifici (C)</p> Signup and view all the answers

Che tipo di errore si verifica quando il piano alare non coincide con il piano orizzontale?

<p>Errore quadrante (A)</p> Signup and view all the answers

Qual è la funzione principale della telebussola giroscopica?

<p>Accoppiare la bussola magnetica con un direzionale giroscopico (A)</p> Signup and view all the answers

Dove è normalmente collocato l'elemento magnetico della girobussola?

<p>All'estremità delle ali o negli impennaggi di coda (A)</p> Signup and view all the answers

Qual è il principio di funzionamento della Flux Valve?

<p>Induzione elettromagnetica (C)</p> Signup and view all the answers

Quale funzione non è propria della girobussola?

<p>Richiedere riallineamenti frequenti (B)</p> Signup and view all the answers

Qual è la relazione che dibatte l'errore di indicazione quando si modifica l'angolo di rollio?

<p>tan PA = tan P cos Φ (C)</p> Signup and view all the answers

Quale è una caratteristica principale dei giroscopi laser RLG?

<p>Hanno una maggiore durata. (B), Usano meno energia elettrica. (C)</p> Signup and view all the answers

Come funzionano i giroscopi MEMS?

<p>Sfruttano le accelerazioni di inerzia. (D)</p> Signup and view all the answers

Qual è un'applicazione comune dei MEMS?

<p>Sensori di pressione. (D)</p> Signup and view all the answers

Quale componente consente il passaggio di una piccola parte della radiazione nei giroscopi laser?

<p>Uno specchio semitrasparente. (B)</p> Signup and view all the answers

Qual è la funzione delle frange di rifrazione nei giroscopi laser?

<p>Misurare la velocità di rotazione. (D)</p> Signup and view all the answers

Cosa indicano i termini 'sfasamento' e 'lunghezza della fibra' che si riferiscono ai giroscopi?

<p>Fattori che determinano la velocità di rotazione. (C)</p> Signup and view all the answers

Qual è una delle caratteristiche che ha portato alla diffusione dei giroscopi laser negli anni '80?

<p>Costo contenuto e dimensioni ridotte. (B)</p> Signup and view all the answers

Cosa indica l'espressione 'accelerazione di Coriolis' nei giroscopi?

<p>Una forza che emerge durante la rotazione rispetto a un sistema di riferimento. (A)</p> Signup and view all the answers

Quale indice è normale per le stazioni VOR sintonizzate tramite il ricevitore VHF/NAV?

<p>Indice a barra semplice (A)</p> Signup and view all the answers

Cosa indica l'angolo di rotta che forma il percorso con gli pseudo-meridiani nel Sistema Griglia?

<p>Rotta reticolo (D)</p> Signup and view all the answers

Quale funzione ha il sistema di navigazione messo a punto dall'ammiraglio Tonta?

<p>Navigazione griglia (D)</p> Signup and view all the answers

Come vengono rappresentati i meridiani nel Sistema Griglia sulle carte?

<p>In verde (B)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni è corretta riguardo alla variazione del reticolo (GV)?

<p>Rappresenta la differenza tra Nord vero e Nord grid (D)</p> Signup and view all the answers

Qual è la formula per calcolare la rotta griglia (GC)?

<p>GC = TC + Kλ (D)</p> Signup and view all the answers

Cosa rappresenta il termine VAR all'interno delle formule fornite?

<p>Variazione del Nord magnetico rispetto al Nord vero (C)</p> Signup and view all the answers

Quale indicazione si legge sulla rosa graduata associata alla bussola elettrica?

<p>Prua magnetica dell'aereo (C)</p> Signup and view all the answers

Qual è la funzione principale delle molle applicate all'anello interno della sospensione cardanica in un giroscopio?

<p>Controllare il moto di precessione del giroscopio (B)</p> Signup and view all the answers

Che tipo di sistema di riferimento è considerato inerziale in modo approssimativo?

<p>Un sistema di riferimento solidale con il Sole e le stelle (B)</p> Signup and view all the answers

Quale asse della terna inerziale è diretto verso il punto vernale g?

<p>Asse c (D)</p> Signup and view all the answers

Quale è la velocità angolare di rotazione della terna terrestre t rispetto alla terna inerziale?

<p>15°/h (C)</p> Signup and view all the answers

Quali sono le coordinate geografiche che definiscono l'origine della terna di navigazione n?

<p>Longitudine, latitudine, altitudine (B)</p> Signup and view all the answers

Perché la terna inerziale, nonostante sia solidale con la Terra, può essere considerata inerziale per gli usi della navigazione aerea?

<p>Perché la navigazione aerea ha tempi brevi (C)</p> Signup and view all the answers

Quale asse della terna t è coincidente con l'asse di rotazione terrestre?

<p>Asse Z (A)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni sulla terna di navigazione n è corretta?

<p>La terna n è sempre solidale con l'aeromobile (D)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Sistema di riferimento inerziale

Un sistema di riferimento che non accelera né ruota, in cui è valido il primo principio della dinamica. Un esempio sono le stelle fisse.

Sistema delle stelle fisse

Un sistema di riferimento solidale con il sole e le stelle, considerato inerziale in modo approssimativo.

Terna Terrestre t o ECEF (Earth Centered Earth Fixed)

Un sistema di riferimento con origine al centro della Terra, asse X nel piano equatoriale diretto nel meridiano di Greenwich, asse Y nel piano equatoriale diretto verso il meridiano 90°E e asse Z coincidente con l'asse di rotazione terrestre.

Terna di navigazione n o ENU (East – North – Up)

Un sistema di riferimento con origine nel punto occupato dall'aeromobile, definito dalle coordinate geografiche e dalla quota: j, l, h. Gli assi sono orientati come Est, Nord e Altezza.

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Earth Rate

La velocità angolare con cui la Terna Terrestre ruota rispetto alla terna inerziale intorno all'asse terrestre, pari a 15°/h.

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Massa (m)

La quantità che misura la resistenza di un corpo alla variazione del suo moto quando è sottoposto ad una forza.

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Posizione Angolare (theta)

La posizione angolare (theta) rappresenta l'angolo tra il raggio vettore che passa per un punto sul corpo e un asse fisso di riferimento.

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Spostamento Angolare (Delta theta)

La variazione della posizione angolare nel tempo.

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Velocità Angolare (omega)

La misura della velocità con cui un corpo ruota attorno ad un asse.

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Accelerazione Angolare (alpha)

La variazione della velocità angolare nel tempo.

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Momento di Inerzia (I)

La quantità che misura la resistenza opposta da un corpo alla variazione del suo moto rotazionale.

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Spostamento (Delta s)

La variazione della posizione in un tempo finito.

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Velocità (v)

La variazione della posizione nel tempo.

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Indicatore di rollio e imbardata

Lo strumento che misura l'angolo di rollio e imbardata.

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Girodirezionale

Il girodirezionale è un giroscopio che fornisce informazioni sulle direzioni.

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Vantaggi del girodirezionale

Il girodirezionale è indipendente dal campo magnetico terrestre e dalle accelerazioni dell'aereo.

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Precessione apparente

Il giroscopio del girodirezionale è soggetto alla precessione apparente.

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Regolazione del girodirezionale

Il girodirezionale necessita di essere regolato ogni 10-15 minuti per mantenere l'accuratezza.

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Come funzionano i giroscopi FOG?

Un giroscopio FOG (Fibre Optic Gyroscope) rileva la velocità di rotazione misurando lo sfasamento tra due fasci di luce che viaggiano lungo una fibra ottica. Questo sfasamento è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione.

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Quali sono le dimensioni e il peso di un giroscopio FOG?

I giroscopi FOG sono relativamente piccoli e leggeri, con un peso intorno ai 100g e dimensioni di 60mm x 20mm.

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Come funzionano i giroscopi RLG?

I giroscopi RLG (Ring Laser Gyro) funzionano emettendo due fasci di luce laser che viaggiano in direzioni opposte lungo un percorso chiuso a forma di anello. La velocità di rotazione viene misurata in base all'interferenza tra i due fasci laser.

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Qual è la storia dei giroscopi RLG?

I primi studi sui giroscopi laser risalgono al 1958, il primo giroscopio laser fu sperimentato nel 1963, ma solo negli anni '80 hanno iniziato ad essere utilizzati in modo diffuso. I vantaggi di questo tipo di giroscopi includono dimensioni e peso ridotti, minor consumo di energia, precisione e durata maggiori rispetto ai giroscopi meccanici.

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Cosa sono i MEMS?

I MEMS (Micro-Electrical Mechanical Systems) sono sistemi e dispositivi che integrano componenti elettroniche ed elementi meccanici. Sono diventati comuni grazie al loro costo contenuto e alle dimensioni ridotte, trovando applicazione in diversi settori, tra cui l'elettronica di consumo, il biomedicale, l'aeronautica e l'automotive.

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Come funzionano i giroscopi MEMS?

I giroscopi MEMS sfruttano le accelerazioni di inerzia che si verificano quando un sensore ruota rispetto a un sistema di riferimento inerziale. In particolare, si basa sull'effetto Coriolis.

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Quali sono le applicazioni tipiche dei giroscopi MEMS?

I giroscopi MEMS utilizzano la tecnologia basata su circuiti integrati, rendendoli economici, compatti e ideali per l'utilizzo in dispositivi elettronici come smartphone e videogiochi.

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Quali sono le altre applicazioni dei MEMS oltre ai giroscopi?

I giroscopi MEMS sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui sensori di pressione, accelerometri, magnetometri, e trovano impiego in settori come il biomedicale, l'aeronautica, l'automotive, la domotica e le telecomunicazioni.

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Sistema Griglia

Il metodo di navigazione che utilizza un reticolo sovrapposto al reticolo geografico della carta, permettendo di determinare la rotta griglia (GC) rispetto agli pseudo-meridiani.

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Rotta Griglia (GC)

L'angolo che la rotta forma con gli pseudo-meridiani, utilizzati nel Sistema Griglia per la navigazione.

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L'angolo che, sulle carte utilizzate in navigazione aerea, il meridiano forma con il meridiano di Greenwich.

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Longitudine

La differenza di longitudine tra il meridiano di Greenwich e il meridiano su cui si trova l'aeromobile, espressa in gradi.

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Variazione del reticolo (GV)

La somma algebrica di VAR e Kλ, indica lo spostamento del Nord magnetico rispetto al Nord griglia.

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Relazione TC, Kλ e GC

La differenza tra la rotta vera (TC) e l'angolo Kλ, che rappresenta lo spostamento del Nord vero rispetto al Nord griglia.

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Relazione MC, VAR, Kλ e GC

La differenza tra la rotta magnetica (MC) e la variazione del reticolo (GV), che combina la variazione magnetica (VAR) e l'angolo Kλ.

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Variazione magnetica (VAR)

L'angolo che il Nord magnetico forma con il Nord vero; indica lo spostamento del Nord magnetico rispetto al Nord vero.

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Limite di inclinazione dell'asse del rotore

L'asse del rotore del direzionale può essere inclinato di un massimo di  55° rispetto al piano alare. Per manovre acrobatiche con angoli di assetto maggiori, è necessario bloccare la sospensione o utilizzare strumenti specifici per evitare danni ai cuscinetti.

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Precessione del direzionale

Gli errori di precessione del direzionale, causati da attriti e imperfezioni costruttive, rimangono contenuti se l'allineamento è eseguito correttamente e con la giusta frequenza.

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Errore di prua apparente

La prua indicata dallo strumento P A (prua apparente) dipende dalla prua corretta (P) e dall'angolo di rollio () secondo la relazione: tan PA = tan P cos . L'errore  = P - PA è di tipo quadrantale, cioè cambia segno ogni 90° in funzione della prua indicata.

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Telebussola

La telebussola, anche detta girobussola, combina una bussola magnetica con un direzionale giroscopico, superando i limiti individuali di entrambi.

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Elemento magnetico della telebussola

L'elemento magnetico di una telebussola, generalmente posizionato sulle ali o negli impennaggi di coda, misura il campo magnetico terrestre.

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Flux Valve

La Flux Valve, parte dell'elemento magnetico, è un sensore che genera correnti elettriche rappresentative del campo magnetico terrestre.

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Struttura della Flux Valve

La Flux Valve è composta da un nucleo centrale e tre bracci a 120° l'uno dall'altro, ciascuno con una coppia di armature. Il tutto è realizzato in materiale ad alta permeabilità magnetica.

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Study Notes

Giroscopi

  • I giroscopi sono dispositivi utilizzati in molteplici strumenti, in particolare quelli dei mezzi di trasporto.
  • Un esempio di applicazione rudimentale risale al 1743, con un orizzonte artificiale creato da John Serson.
  • I giroscopi moderni sono stati sviluppati nel XIX secolo e utilizzati in esperimenti come quello di Foucault.
  • L'uso di giroscopi come stabilizzatori di rollio per navi è stato comune a partire dal 1910.
  • Applicazioni aeronautiche, inclusi strumenti per il controllo dell'assetto e della direzione del velivolo, e sistemi inerziali, sono state sviluppate.

Giroscopio Meccanico

  • Composto da un rotore solido in rapida rotazione.
  • Forma simmetrica rispetto a un asse (sfera, disco ecc.).
  • L'asse di rotazione è chiamato asse di spin.
  • In assenza di vincoli, ha 3 gradi di libertà.
  • La sospensione cardanica permette al rotore di assumere diverse orientazioni.
  • Sospeso in questo modo, il giroscopio è in equilibrio indifferente.
  • Limitando i gradi di libertà (bloccando gli snodi) si può bloccare la rotazione in un piano.

Proprietà dei Giroscopi

  • Inerzia Giroscopica: tendenza a mantenere la direzione dell'asse di rotazione nello spazio.
  • La reazione a forze perturbatrici è particolare.
  • Il dispositivo reagisce a forze in modo diverso da un corpo non rotante.

Moto di Traslazione e Moto Rotatorio

  • Posizione: coordinata 's' misurata da un punto arbitrario sulla traiettoria.
  • Posizione angolare ('θ'): angolo tra il raggio vettore e una linea di riferimento (asse polare).
  • Velocità: variazione della posizione nel tempo (ds/dt).
  • Velocità angolare: variazione dell'angolo nel tempo (dθ/dt).
  • Accelerazione: variazione della velocità nel tempo (dv/dt).
  • Accelerazione angolare: variazione della velocità angolare nel tempo (dω/dt).

Massa e Momento di Inerzia

  • Massa (m): Resistenza di un corpo alla variazione del suo stato di moto.
  • Momento di inerzia (I): Resistenza di un corpo alla variazione del suo moto angolare.

Seconda Legge di Newton e moti rotazionali

  • F = ma per moti lineari.
  • M = Iα per moti angolari.
  • Relazioni tra momento e accelerazione angolare
  • Quantità di moto ('q' o 'L'): prodotto tra massa e velocità (' q = m v').
  • Risultante delle forze =0 -> quantità di moto costante.
  • Risultante momenti =0 -> momento angolare costante.

Precessione Libera e Precessione Forzata

  • Fenomeno causato dall'applicazione di un momento esterno.
  • Tendenza del giroscopio a ruotare attorno a un asse perpendicolare all'asse di spin.
  • Il momento esterno causa una variazione del momento angolare, portando alla precessione.
  • La velocità di precessione è proporzionale al momento esterno e inversamente proporzionale al momento angolare.

Altri tipi di Giroscopi

  • Giroscopi elettrici (ad alimentazione elettrica, del tipo a gabbia di scoiattolo).
  • Giroscopi ottici (fibra ottica e laser): utilizzano la luce per misurare la rotazione.
  • Giroscopi vibranti MEMS (Micro-Electrical-Mechanical Systems): dispositivi molto piccoli e compatti.

Strumenti Giroscopici

  • Virosbandometro: indica la velocità di imbardata.
  • Coordinatore di Virata: indica simultaneamente le velocità di imbardata e rollio.
  • Girodirezionale: permette di mantenere la direzione desiderata indipendentemente dal movimento dell'aereo.
  • Orizzonte Giroscopico: fornisce indicazioni visive della verticale dell'aereo.
  • Telebussola Giroscopica: combinando un direzionale giroscopico con una bussola magnetica.

Coordinamento del giroscopio

  • Metodo (utilizzato nelle telebussole) per ottenere una lettura accurata della direzione corretta.
  • Uso di sistemi di sincronizzazione, che compensano i movimenti indesiderati e le distorsioni.
  • Meccanismi elettronici di controllo e di compensazione per migliorare la stabilità, l'accuratezza e la resa.

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Description

Questo quiz esplora i giroscopi, dispositivi fondamentali nei mezzi di trasporto e nella navigazione. Verranno trattate le loro origini storiche, sviluppi moderni e applicazioni specifiche come stabilizzatori di rollio e strumenti aeronautici. Metti alla prova le tue conoscenze su questo affascinante argomento!

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