陀螺儀(英文:gyroscope),是一種用來感測與維持方向的裝置,基於角動量守恆的理論設計出來的。陀螺儀主要是由一個位於軸心且可旋轉的轉子構成。 陀螺儀一旦開始旋轉,由於轉子的角動量,陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用於導航、定位等系統。
早於874年,古代中國陝法門寺供奉佛指舍利的貢品中,曾出現過用陀螺儀製作的香囊,使盛香之碗始終保持平衡。
1850年法國的物理學家萊昂·傅科(J.Foucault)為了研究地球自轉,首先發現高速轉動中的轉子(rotor),由於慣性作用它的旋轉軸永遠指向一固定方向,他用希臘文gyro(旋轉)和skopein(看)兩字合為gyroscopei一字來命名這種儀錶。
陀螺儀的裝置,一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀錶。
基本上陀螺儀是一種機械裝置,其主要部分是一個對旋轉軸以極高角速度旋轉的轉子,轉子裝在一支架內;在通過轉子中心軸上加一內環架,那麼陀螺儀就可環繞飛機兩軸作自由運動;然後,在內環架外加上一外環架;這個陀螺儀有兩個平衡環,可以環繞飛機三軸作自由運動,就是一個完整的太空陀螺儀(space gyro)檢視圖片
特性
陀螺儀被用在飛機飛行儀錶的心臟地位,是由於它的兩個基本特性:一為定軸性(inertia or rigidity),另一是逆動性(precession),這兩種特性都是建立在角動量守恆的原則下。檢視圖片
定軸性
當陀螺轉子以極高速度旋轉時,就產生了慣性,這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間,指向一個固定的方向,同時反抗任何改變轉子軸向的力量,這種物理現象稱為陀螺儀的定軸性或慣性。 其慣性隨以下的物理量而改變:
逆動性
在運轉中的陀螺儀,如果外界施一作用或力矩在轉子旋轉軸上,則旋轉軸並不沿施力方向運動,而是順著轉子旋轉向前90度垂直施力方向運動,此現象即是逆動性。
逆動性的大小也有三個影響的因素:
- 外界作用力愈大,其逆動性也愈大;
- 轉子的質量慣性矩(moment of inertia)愈大,逆動性愈小;
- 轉子的角速度愈大,逆動性愈小。
而逆動方向可根據逆動性原理取決於施力方向及轉子旋轉方向。
陀螺或旋轉陀螺是一種玩具,古稱千千。它可以繞著中心軸旋轉,平衡於陀螺尖端的一點。陀螺是在許多考古遺蹟裡最古老的、可被鑑定的玩具之一。自古以來,陀螺也時常被當做賭博與預言的工具之一。有些桌上角色扮演遊戲仍舊用陀螺來製造亂數。使用同樣的道理,也可以使圖釘旋轉。
陀螺的旋轉功能是依靠著陀螺儀原理,將細線緊繞在陀螺的圓柱部位,用力拉甩在地上。大多時候,陀螺會先不穩定的搖晃在地面上,直到陀螺尖將陀螺撐起立直。經過直立的旋轉了一段時間,陀螺的角動量會漸漸地減小,導致越加明顯的進動現象,終於在最後激烈的翻跳後,倒落於地上。
文章來自: http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1614021001973
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