מצפן גירוסקופי

המצפן הגירוסקופי (באנגלית: Gyrocompass) הוא סוג של מצפן לא מגנטי המבוסס על סיבוב דיסק מהיר וסיבוב כדור הארץ (או גוף אחר כוכבי לכת אם משתמשים בו במקומות אחרים ביקום) המשמש למצוא באופן אוטומטי את הכיוון הגאוגרפי. אף על פי שמרכיב אחד חשוב של המצפן הוא גירוסקופ, אין זה אותו מכשיר, והמצפן הגירוסקופי בנוי על מנת להשתמש בהשפעת הנקיפה הגירוסקופית, שהיא היבט ייחודי של ההשפעה הגירוסקופית בכלל.

חתך של מצפן גירוסקופי

המצפן הגירוסקופי נמצא בשימוש נרחב על אוניות בזכות שתי מעלות עיקריות על פני מצפנים מגנטיים:

• המצפן הגירוסקופי מצביע על הצפון האמיתי, כפי שנקבע על ידי סיבוב כדור הארץ, דבר המקל על הניווט באזורים הקרובים אל הקוטב הצפוני והדרומי, שם פעילות המצפנים המגנטים משתבשת.
• ישנם חומרים פרומגנטיים כמו שלדת האונייה העשויה לעיתים מפלדה.

פעולה

גירוסקופ הוא גלגל מסתובב רכוב על גימבל (Gimbal) כך שציר הסיבוב של הגלגל יכול לכוון את עצמו בכל דרך שהיא. כאשר הוא מסתובב במהירות כשצירו מצביע בכיוון מסוים, בשל חוק שימור התנע זוויתי, כאשר גלגל ישמור על הכיוון המקורי שלו בנקודה קבועה בחלל החיצון. היות שכדור הארץ מסתובב, נראה לצופה נייח על פני כדור הארץ, כי ציר הגירוסקופ משלים סיבוב מלא פעם אחת כל 24 שעות. הגירוסקופ משמש לניווט במקרים מסוימים, למשל במטוס, שם הוא ידוע בכינוי אינדיקטור, אבל הוא לא יכול בדרך כלל לשמש לניווט ארוך טווח בים. מרכיב חיוני נוסף הדרוש כדי להפוך גירוסקופ כזה למצפן גירוסקופי, הוא מנגנון שיגרום לו להצביע תמיד על הצפון האמיתי, כמו מומנט כוח.

היסטוריה

הצורה של המצפן הגירוסקופי, אם כי עדיין לא בת ביצוע, הומצאה בשנת 1852 על ידי הפיזיקאי הניסיוני הצרפתי לאון פוקו. בארצות הברית, התעשיין אלמר אמברוז ספרי פיתח שיטה מעשית לייצור המצפן הגירוסקופי, וייסד את חברת ספרי. המכשיר אומץ על ידי הצי האמריקני (1911), ומילא תפקיד מרכזי במלחמת העולם הראשונה. בחיל הים החלו להשתמש גם ב"מיקרופון המתכת" של ספרי: המערכת הראשונה של גירוסקופ המנחה במעין טייס אוטומטי את מערכת ההיגוי. בעשורים הבאים, מכשירים אלה ועוד מבית היוצר של ספרי אומצו על ידי ספינות קיטור כמו ספינת הדואר המלכותית המלכה מרי, מטוסים, וספינות מלחמה במלחמת העולם השנייה. לאחר מותו בשנת 1930, כינה חיל הים האמריקאי את ספינת המלחמה USS ספרי אחריו.

לפני ההצלחה של המצפן הגירוסקופי, מספר ניסיונות נעשו באירופה להשתמש בגירוסקופ במקום. בשנת 1880, ניסה ויליאם תומסון (לורד קלווין) להציע גירוסטט לחיל הים הבריטי. בשנת 1889 התאים ארתור קרבס מנוע חשמלי עבור הגירוסקופ הימי, עבור הצי הצרפתי. דבר שאפשר לצוללת הצרפתית Gymnote את היכולת לשמור על קו ישר מתחת למים במשך כמה שעות, מה שאפשר את אכיפת המצור הימי בשנת 1890.

שגיאות

המצפן הגירוסקופי כפוף לשגיאות שמצטברות בכפוף לדינמיקה שחווה. כשהספינה או כלי הטיס מבצעים שינויים מהירים במסלולם, השינוי המהיר גורם לסטיית קו הרוחב לפני שהמצפן הגירוסקופי מתאים את עצמו.

תכן מודרני המבוסס על סיבים אופטיים ולייזר או על גירוסקופ טבעתי יבטלו או יקטינו מאוד את השגיאות האלו, שכן הם ללא חלקים מכניים, ופועלים באמצעות שימוש בעקרונות המרחק האופטי, כדי לקבוע את קצב הסיבוב.

קישורים חיצוניים

• מצפן גירוסקופי, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)