Les gyroscopes (Sciences & Techniques)

« Les Gyroscopes Une roue en rotation garde une attitude constante: cette stabilité remarquable fait des gyroscopes des jouets instructifs, autant que de s instruments de stabilisation et d'orientation pour les véhicules.

U ne roue en rotation possède deux propriétés remarquables.

Si une force de bascule est exercée sur elle, la roue tendra, d'une part , à résister à cette force et, d'autre part, le plan de sa rotation changera d 'orientation , tentant de se maintenir à angle droit avec l'axe de la force.

La première propriété fait qu'une bicyclette en mou­ vement reste stable et résiste contre les forces qui tendent à la faire tomber , à la différence d' une bicyclette au repos: les roues tournant assurent la stabilité du véhicule .

Si, par exemple, un cycliste se penche légère­ ment sur sa gauche, la bicyclette en mouvement ne se renversera pas , soutenue par une force de réaction opposée à la gravité.

La seconde pro­ priété fait que les roues changent d'orientation, leur plan de rotation tournant vers la gauche et inscrivant la bicyclette dans un virage.

C'est pour cette raison qu'un cycliste, mais aussi un motocy­ cliste peuvent prendre un virage sans tourner le guidon: il leur suffit de se pencher.

On peut aussi illustrer ce concept en poussant une bicyclette le long d 'une route .

Si on penche le vélo sur la gauche, par exemple, on remarque que la roue avant tourne automatiquement vers la gauche.

Le principe du gyroscope Ces propriétés des roues en rotation trouvent une application, tant ludique que technologique, dans le principe du gyroscope .

Sous sa forme ludique, le gyroscope est un jouet constitué d'une lourde roue avec son axe de rotation imbri­ qué dans un anneau et prolongé par des pointes sur lesquelles on peut poser l'appare il en équi­ libre.

On met la roue en rotation en tirant sur une cordelette enroulée autour de l'axe: une fois placé en état de rotation , le gyroscope fait preuve d'une étonnante stabi lité, refusan t de se pencher et de tomber.

UN GYROSCOPE SCIENTIFIQUE cardan extérieur cardan intérieur pivot intérieur ' Lorsqu 'on déplace un gyroscope en marche , celui -ci maintient inchangée la direction de son axe de rotation (à droite).

Ce qui permet aux véhicules de garder leur orientation.

Le gyroscope pointé dans l'axe nord-sud garde en permanence cette direction.

Un appareil au repos , en revanche , ne bénéficie plus de cet effet d' inertie et pointe dans des directions arbitraires , au gré de son déplacement (à gauche).

Sa masse pointant simplement dans la direction du champ de pesanteur local.

.......

Un gyroscope scientifique est constitué d'une lourde roue montée sur un axe , à l'intérieur d'un jeu de cardans libres de pivoter dans les trois directions de l'espace.

La roue est maintenue en rotation par un moteur et son axe reste toujours pointé dans la même direction.

Dans un véhicule qui se déplace et change de direction , la roue semble pivoter mais c 'est en fait le véhicule qui pivote autour de l'axe du gyroscope qui , lui, reste constant: on en déduit ainsi l'orientation du véhicule .

--- - ---- cadre de soutien On peut placer par exemple un gyroscope en rotation au sommet d'une bouteille sans qu'il tombe.

On observe aussi , à cette occasion , le même phénomène que dans le cas de la bicy­ clette , à savoir que si l'on penche le gyroscope, notamment en le couchant à l'horizontale avec une extrémi té en contact avec le goulot de la bouteille, non seulement l'appareil ne tombera pas mais il se mettra à décrire un lent virage sur le p lan hor i zonta l: on appelle ce mouvement la précession du gyroscope.

Les gyrocompas On util ise ces propriétés du gyroscope dans des app lications pratiques, notamment pour l'orien­ tation des véhicules: ce sont les gyrocompas .

Sur ces appare i ls, la roue en rotation est montée dans des anneaux emboîtés appelés cardans, libres de mouvement de façon à ce que la roue puisse prendre n'importe quelle orientation dans l'espace.

La roue est maintenue en rotation par un moteur électrique.

On sait que l 'axe de rotation du gyroscope poin te dans une direction fixe et résiste à toute force exercée sur elle.

Si le véhicule qui porte le gyroscope effectue un changement de direction , ce dernier gardera néanmoins son orientation ini­ tiale grâce à ses cardans mobiles qui lui laissent. »