Grand oral du bac : LES GYROSCOPES

« Les gyro scopes cette liberté de mouvement.

Dans le véhicule, on croira voir le gyroscope se réorienter dans sa cage, mais c'est en réalité le véhicule qui pivote par rapport au gyrosc ope, alors que celui -ci pointe toujour s dans la même direction de référence qui était la sienne lorsqu'il fut mis en rotat ion.

Un gyrosc ope est donc une référence absolue pour la naviga tion: il suffit de mesurer son incli­ naison par rapport à la cage de cardans qui l'abrite, solidaire du véhicule, pour conna ître à tout moment l'orientation de ce dernier .

0 ! 1.

D'après la première loi du mouvement A de Newton, un corps animé d'une vitesse constante sur une trajectoire rec tilign e continuera sur sa lancée, à moins qu'une force ne soit exercée sur lui.

Dans le cas d'un gyroscope lancé sur une trajectoire mais également en rotation sur lui-même, chaque particule de la roue (P) tente d'aller tout droit mais est déviée en cercle par la rotation.

Le plan de rotation, quant à lui, reste inchangé.

2.

Lorsqu 'un gyroscope en rotation est soumis à une force tendant à le faire pencher, le plan de rotation décrit un lent mouvement circulaire, appelé précession, l'axe de précession étant orthogonal (à 90°) à la dire ction de la force exercée.

3.

Pour déterminer la dire ction de la précession causée par la force extérieure, on déplace de 90° les vecteurs du couple de forces dans le sens opposé à la rotation du gyros cope.

Dans leur nouvelle position, les vecteurs déterminent alors la direction de la précession (F).

4.

Plaçons un gyroscope en rotation à l'horizontale, son extrémité étant en contact avec un support (tel un verre de montre).

L' autre extrémité ressent la force de gravité et une précession s'ét ablit, l'axe de rotation restant en tout point tangent au bord du verre de montre sur lequel il s' appuie.

force de bascule sens de rotation verre de montre concave ! Construit en 1933, le paquebot A italien Conte di Savoia possédait dans sa cale trois gyroscopes massifs qui servaient de stabili sateurs.

Chaque roue pesait 108 tonnes et exerçait une force de réaction sur toute oscillation indésirable du navire.

Dans les navires actuels, on utilise des gyroscopes plus petits qui enregis trent les changements de latitude, de cap et de vitesse et effectuent les corrections nécessaires.

Aujour d'hui, les navir es sont équipés de sys­ tèmes de gyrosc opes identiques : des instruments mesurant toute oscillation de l'emb arcation et pouvant transmettre aux machines les corrections à effectuer en temps réel pour garder stable l'as­ siette du bateau.

De même, les gyrosc opes rem­ placent désormais les compas pour la navigat ion aérienne : il suffit en effet de mettre en rotation le gyroscope avec son axe parallèle à celui des pôles de la Terre pour disposer d'une indication constante de la dir ection nord, et donc de l'orien­ tation de l'avion par rapport à celle-ci.

Dans l'es­ pace, les satellites emportent également des gyro­ scopes qui leur servent de référ ence : non seule­ ment ils indiquent le1,1r orientation, mais ils résis­ tent également à tout changement d'altitude, au brouill age électron ique et accroissent ainsi la sta­ bilité du vaisseau spatial.

' Sous forme de jouet, le gyroscope illustre bien ses propriétés remarquables : une fois la roue à l'h orizontale et mise en rotation, l'instrument acquiert une très grande stabilité et reste debout sur son axe, alors qu'au repos il tomberait sur le côté.

D'autre part, si l'on tente de pencher un gyroscope en rotation, il s' oppose à cette perturbation pour maintenir son axe initial.. »