科學陀螺儀

1. 陀螺儀為何旋轉不倒，原理是什麼

想必陀螺我們每一個人都玩過，我還記得小的時候玩無論怎麼旋轉它都不會倒，當時我們很多小孩子都圍在一起玩耍陀螺，其實這還是有一定的科學依據的，今天我們就來講一講陀螺儀到底是怎麼回事吧？為什麼它不會倒呢？

比如我們造的飛機，其中飛行過程中遇到的重心以及壓力問題，就是通過陀螺儀的這一原理來解決的，同時，就像現在我們很多人都在玩的VR視覺感應技術，它也是運用了陀螺儀的原理，通過一個中心的支點支撐著整個陀螺的高速旋轉，其次就是慣性了，好比我們在打籃球打羽毛球的時候，當羽毛球上升到高空之中它就會高速的旋轉，最後根據地球的引力而降落到地面，這還是一個比較專業的物理問題的。

2. 陀螺儀是什麼

陀螺儀是用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交於自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置。利用其他原理製成的角運動檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。

人們利用陀螺的力學性質所製成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope)，它在科學、技術、軍事等各個領域有著廣泛的應用。比如：回轉羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉、陀螺的章動等。

(2)科學陀螺儀擴展閱讀

陀螺儀被廣泛用於航空、航天和航海領域。這是由於它的兩個基本特性：一為定軸性（inertia or rigidity），另一是進動性（precession），這兩種特性都是建立在角動量守恆的原則下。

定軸性

當陀螺轉子以高速旋轉時，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時，陀螺儀的自轉軸在慣性空間中的指向保持穩定不變，即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穩定性。其穩定性隨以下的物理量而改變：

1.轉子的轉動慣量愈大，穩定性愈好；

2.轉子角速度愈大，穩定性愈好。

所謂的「轉動慣量」，是描述剛體在轉動中的慣性大小的物理量。當以相同的力矩分別作用於兩個繞定軸轉動的不同剛體時，它們所獲得的角速度一般是不一樣的，轉動慣量大的剛體所獲得的角速度小，也就是保持原有轉動狀態的慣性大。

參考資料來源：網路-陀螺儀

3. 陀螺儀感測器的原理

陀螺就是圍繞著某個固定的支點而快速轉動起來的剛體，平時所說的陀螺其實專指呈對稱性的陀螺，它的質量是均勻分布的，形狀是以軸為對稱的，自轉軸就是它的對稱軸。在一定力矩的作用下，陀螺會一直在自轉，而且還會圍繞著一個不變的軸一直在旋轉，稱作陀螺的旋進或者是回轉效應。這是在平時的生活中普遍存在的現象，例如很多孩子小時候玩的陀螺。隨著科技的進步，人類就根據陀螺的力學的有關性質製造成具有很多種功能的陀螺儀。
它就是根據以高速回轉的物體，它的動量矩敏感的殼體在相對慣性的空間中，圍繞與自轉軸正交的一到兩個軸的角運動測量精密裝置。
它的應用領域很廣泛，在軍事、技術和科學的研究和應用中都少不了它。例如：陀螺的章動、炮彈的翻轉、定向指示儀以及回轉羅盤等等。
按照它的用途來分，陀螺儀可被分為指示陀螺儀和感測陀螺儀。前者一般應用在飛行狀態的指示中，當作領航和駕駛儀表來用；後者一般應用在飛行的物體處於運動狀態的自動控制的系統之中。
陀螺儀屬於機械儀器，它的重要組成是一個以很高的角速度圍繞著旋轉軸快速旋轉的轉子，而這個轉子是被安裝在一隻架裡面的。再在轉子的中心軸上面加一個內環架，具有這樣的裝置的話，它就能夠圍繞著飛機的兩軸來做自由的運動。如果再在內環架的外邊添加一個外環架的話，它就可以擁有兩個平衡環，這個時候，它能夠圍繞著飛機的三軸做自由的運動了，這樣的裝置已經是一個很完整的太空陀螺。
陀螺儀的工作原理是：當一個正在旋轉的物體，它的旋轉軸正在指著的方向沒有受到外力的影響的時候，它是不會有任何改變的。而就是以這個原理作為依據，用它來保持一定的方向的。它也是根據這個原理而製造出來的。在正常工作的時候，為了讓它可以高速旋轉，需要給它一個外力，這個速度一般可以達到每一分鍾可以有幾十萬轉，因此，它可以持續工作的時間還是比較長的，接著使用不同的方法來記錄下旋轉軸指示的方向，同時自動地把數據信號送到控制系統中。
目前，一般把陀螺儀分為激光陀螺、光纖陀螺、微機械陀螺和壓電陀螺，這些都是屬於電子式的，可跟GPS、磁阻晶元以及加速度計一起製造成為慣性導航控制系統。
其實陀螺儀既古老又富有生命力，人們對它的使用已經超過半個世紀，但是經過這么多年，很多研究者對它的研究還是非常感興趣的，為什麼呢？就是因為它本身就有很多的特別之處。它的兩個基本特性是其進動性和穩定性。大家小時候玩陀螺的時候就知道它以高速旋轉時，可以豎直起來並且不會倒地一直與地面保持著垂直的狀態，這個就說明它的穩定性。

4. 陀螺儀是什麼

陀螺儀是用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交於自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置。利用其他原理製成的角運動檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。

通常所說的陀螺是特指對稱陀螺，它是一個質量均勻分布的、具有軸對稱形狀的剛體，其幾何對稱軸就是它的自轉軸。 與蒼蠅退化的後翅（平衡棒）原理類似。

(4)科學陀螺儀擴展閱讀

人們利用陀螺的力學性質所製成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope)，它在科學、技術、軍事等各個領域有著廣泛的應用。比如：回轉羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉、陀螺的章動等。

陀螺儀的種類很多，按用途來分，它可以分為感測陀螺儀和指示陀螺儀。感測陀螺儀用於飛行體運動的自動控制系統中，作為水平、垂直、俯仰、航向和角速度感測器。指示陀螺儀主要用於飛行狀態的指示，作為駕駛和領航儀表使用。

5. 陀螺儀的工作原理

我們不用一個完整的輪框，我們用四個質點ABCD來表示邊上的區域，這個邊對於用圖來解釋陀螺儀的工作原理是很重要的。軸的底部被托住靜止但是能夠各個方向旋轉。當一個傾斜力作用在頂部的軸上的時候，質點A向上運動，質點C則向下運動，如其中的子圖1。因為陀螺儀是順時針旋轉，在旋轉90度角之後，質點A將會到達質點B的位置。CD兩個質點的情況也是一樣的。子圖2中質點A當處於如圖的90度位置的時候會繼續向上運動，質點C也繼續向下。AC質點的組合將導致軸在子圖2所示的運動平面內運動。一個陀螺儀的軸在一個合適的角度上旋轉，在這種情況下，如果陀螺儀逆時針旋轉，軸將會在運動平面上向左運動。如果在順時針的情況中，傾斜力是一個推力而不是拉力的話，運動將會向左發生。在子圖3中，當陀螺儀旋轉了另一個90度的時候，質點C在質點A受力之前的位置。C質點的向下運動受到了傾斜力的阻礙並且軸不能在傾斜力平面上運動。傾斜力推軸的力量越大，當邊緣旋轉大約180度時，另一側的邊緣推動軸向回運動。
萬向節陀螺儀
實際上，軸在這個情況下將會在傾斜力的平面上旋轉。軸之所以會旋轉是因為質點AC在向上和向下運動的一些能量用盡導致軸在運動平面內運動。當質點AC最後旋轉到大致上相反的位置上時，傾斜力比向上和向下的阻礙運動的力要大。陀螺儀運動的特性是它拐彎的時候能夠保持單軌設備的直上直下。比如說，有必要的話，消防汽缸壓在一個很重的陀螺儀的軸上，就能保持其穩定。陀螺儀和萬向節結合起來組成的萬向節陀螺儀則是實際中最經常應用的。
各模上的陀螺儀
從上面我們可以看到，陀螺儀的關鍵是軸的不變性。這樣的特性，看起來雖然簡單，但能使用在許多不同的應用上。制導武器就是陀螺儀的最關鍵應用之一。在慣性制導中，陀螺儀是控制武器飛行姿態的重要部件，在劇烈變化的環境中，沒有精心設計的陀螺儀用來保證穩定性和准確性，再好的控制規律也無法命中目標。除了制導之外，陀螺儀還能夠應用在其他的尖端的科技上。比如說，著名的哈勃天文望遠鏡的3個遙感裝置中每個都裝有一個陀螺儀和一個備份。3個工作的陀螺儀是保證望遠鏡指向所必不可少的。
陀螺儀正是因為它的平衡的特性，已經成為了飛行設備中關鍵的部件，從航模、制導武器、導彈、衛星、天文望遠鏡，無處沒有它的身影，陀螺儀默默的工作保證了這些飛行設備能按照指定的方式去工作。
向左轉|向右轉

6. 陀螺儀有什麼用

第一大用途，導航。陀螺儀自被發明開始，就用於導航，先是德國人將其應用在V1、V2火箭上，因此，如果配合GPS，手機的導航能力將達到前所未有的水準。實際上，目前很多專業手持式GPS上也裝了陀螺儀，如果手機上安裝了相應的軟體，其導航能力絕不亞於目前很多船舶、飛機上用的導航儀。

第二大用途，可以和手機上的攝像頭配合使用，比如防抖，這會讓手機的拍照攝像能力得到很大的提升。

第三大用途，各類游戲的感測器，比如飛行游戲，體育類游戲，甚至包括一些第一視角類射擊游戲，陀螺儀完整監測游戲者手的位移，從而實現各種游戲操作效果。有關這點，想必用過任天堂WII的兄弟會有很深的感受。

第四大用途，可以用作輸入設備，陀螺儀相當於一個立體的滑鼠，這個功能和第三大用途中的游戲感測器很類似，甚至可以認為是一種類型。

第五大用途，也是未來最有前景和應用范圍的用途。下面重點說說。那就是可以幫助手機實現很多增強現實的功能。增強現實是近期才冒出的概念，和虛擬現實一樣，是計算機的一種應用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力，讓人們對現實中的一些物體有跟深入的了解。如果大家不理解，舉個例子，前面有一個大樓，用手機攝像頭對准它，馬上就可以在屏幕上得到這座大樓的相關參數，比如樓的高度，寬度，海拔，如果連接到資料庫，甚至可以得到這座大廈的物主、建設時間、現在的用途、可容納的人數等等。

7. 陀螺儀有什麼作用

陀螺儀器能提供准確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號。

8. 請問陀螺儀和羅盤有什麼區別

1. 陀螺儀是用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交於自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置。利用其他原理製成的角運動檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。利用陀螺的力學性質所製成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope)，它在科學、技術、軍事等各個領域有著廣泛的應用。比如：回轉羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉、陀螺的章動等。

2. 羅盤，又叫羅經儀，是用於風水探測的工具，理氣宗派常用的操作工具。羅盤主要由位於盤中央的磁針和一系列同心圓圈組成，每一個圓圈都代表著中國古人對於宇宙大系統中某一個層次信息的理解。中國古人認為，人的氣場受宇宙的氣場控制，人與宇宙和諧就是吉，人與宇宙不和諧就是凶。於是，他們憑著經驗把宇宙中各個層次的信息，如天上的星宿、地上以五行為代表的萬事萬物、天乾地支等，全部放在羅盤上。風水師則通過磁針的轉動，尋找最適合特定人或特定事的方位或時間。盡管風水學中沒有提到「磁場」的概念，但是羅盤上各圈層之間所講究的方向、方位、間隔的配合，卻暗含了「磁場」的規律。

9. 傅科陀螺儀是做什麼用的

法國的那個傅科？他是命名陀螺儀的一個物理科學家，他當時設想用陀螺儀驗證地球自轉。
由於陀螺儀定軸性的存在，當陀螺儀旋轉起來，隨地球一起自轉的觀察者應該可以看到陀螺儀的自轉軸發生了偏轉。
作答完畢，希望有所幫助。