Un gimbal, chiamato anche anello cardanico, è un dispositivo meccanico costituito da due o più anelli montati su assi ad angolo retto tra loro. Un oggetto montato su un gimbal a tre anelli rimarrà sospeso orizzontalmente su un piano tra gli anelli indipendentemente dalla stabilità della base. I gimbal hanno una vasta gamma di usi pratici che vanno dalla pellicola alle applicazioni aerospaziali.
Un gimbal può essere utilizzato per mantenere gli oggetti a livello in ambienti instabili, ad esempio molti portabicchieri montati sul cruscotto sono gimbal. I gimbal sono anche estremamente preziosi negli ambienti di bordo delle navi e degli aerei, quando strumenti di misura come cronometri e bussole devono essere mantenuti all’altezza dell’orizzonte. I gimbal possono essere utilizzati anche per la navigazione aerospaziale, poiché possono essere impostati per fornire una misurazione stabile da un punto di riferimento specifico come la terra o il sole, indipendentemente dalla loro posizione effettiva nello spazio. I gimbal impiegati nella navigazione aerospaziale utilizzano gli angoli di Eulero per orientare un oggetto come un veicolo spaziale.
Quando vengono utilizzati per la navigazione aerospaziale, i gimbal sono configurati in set di tre giroscopi che misurano beccheggio, rollio e imbardata. Il passo si riferisce alla rotazione dell’imbarcazione attorno all’asse trasversale. Nell’esempio di un aeroplano, il muso dell’aereo è puntato verso l’alto per aumentare il beccheggio e verso il basso per abbassarlo. Il rollio, noto anche come bank, è la rotazione dell’imbarcazione lungo un asse longitudinale, mentre l’imbardata si riferisce alla rotazione attorno al centro di massa. I gimbal sono orientati con una base, ad esempio la luna, e gli angoli del gimbal misurano la posizione dell’imbarcazione rispetto alla base.
Occasionalmente, può verificarsi una condizione nota come blocco cardanico, quando le capacità di misurazione di un sistema cardanico possono essere superate, richiedendo a un operatore di ripristinare i gimbal. Questo accade quando una rotazione lungo un asse ne scrive un altro, ad esempio quando un aereo sale dritto in aria, rendendo priva di significato qualsiasi lettura dell’imbardata perché i due assi sono allineati nella stessa direzione. Il blocco cardanico può essere superato con l’aggiunta di un giroscopio ridondante.
Poiché i gimbal consentono agli oggetti di muoversi attraverso tre dimensioni, vengono spesso utilizzati nei film per ricreare movimenti improvvisi causati da turbolenze o mare mosso. I gimbal compaiono anche in situazioni in cui un oggetto deve ruotare o ruotare ampiamente, come spesso accade con le cineprese o i motori a razzo. I gimbal sono strumenti straordinariamente utili in una vasta gamma di settori.