陀螺儀可能是非常令人困惑的物體，因為它們以奇特的方式移動，甚至似乎無視重力。這些特殊特性使陀螺儀在一切方面都非常重要 自行車 到高級導航系統上 航天飛機.一個典型的 飛機 使用大約十幾個陀螺儀從其 指南針 到它的自動駕駛儀。俄羅斯和平號空間站使用11個陀螺儀來保持其方向 太陽，以及 哈勃太空望遠鏡 還有一批導航陀螺儀。陀螺效應也是諸如 溜溜球 還有飛盤!

　　在本期 如何工作，我們將看看陀螺儀，以了解為什么它們在這么多不同的地方如此有用。您還將看到他們非常奇怪的行為背后的原因!

　　歲差

　　點擊這里 下載顯示工作歲差的 30 秒全動態視頻。(1.7 兆字節)如果您曾經玩過玩具陀螺儀，您就會知道它們可以執行各種有趣的技巧。它們可以在繩子或手指上保持平衡;它們可以以非常奇怪的方式抵抗圍繞自旋軸的運動;但最有趣的效果叫做 歲差.這是陀螺儀的反重力部分。以下視頻向您展示了使用自行車輪作為陀螺儀的進動效果：

　　視頻中最令人驚奇的部分，也是陀螺儀令人難以置信的部分，是陀螺儀自行車輪能夠像這樣懸掛在空中的部分：

　　陀螺儀“反重力”的能力令人困惑!

　　它怎么能做到這一點?

　　這種神秘的效應就是歲差。在一般情況下，進動的工作原理如下：如果你有一個旋轉的陀螺儀，你嘗試旋轉它的旋轉軸，陀螺儀將嘗試繞一個軸旋轉，與你的力軸成直角，如下所示：

　　在圖1中，陀螺儀在其軸上旋轉。 在圖 2 中，施加力以嘗試旋轉旋轉軸。 在圖3中，陀螺儀沿垂直于輸入力的軸對輸入力做出反應。

　　那么，為什么會發生歲差呢?

　　歲差的原因

　　當力施加到軸上時，識別的兩個點將嘗試沿指示的方向移動。為什么陀螺儀應該顯示這種行為?自行車車輪的車軸可以這樣懸在空中似乎完全是荒謬的。但是，如果您考慮陀螺儀旋轉時的不同部分實際發生了什么，您會發現這種行為是完全正常的!

　　讓我們看看陀螺儀旋轉時的兩個小部分 - 頂部和底部，如下所示：

　　當力施加到軸上時，陀螺儀頂部的部分將嘗試向左移動，陀螺儀底部的部分將嘗試向右移動，如圖所示。如果陀螺儀不旋轉，則輪子會翻轉，如上一頁的視頻所示。如果陀螺儀在旋轉，請考慮陀螺儀的這兩個部分會發生什么： 牛頓第一運動定律 聲明運動中的物體繼續沿直線以恒定速度移動，除非受到不平衡力的作用。因此，陀螺儀上的頂點受到施加在軸上的力的作用，并開始向左移動。由于牛頓第一運動定律，它繼續嘗試向左移動，但陀螺儀的旋轉使它旋轉，如下所示：

　　當兩個點旋轉時，它們繼續運動。

　　這種效應是歲差的原因。陀螺儀的不同部分在一個點上接收力，但隨后旋轉到新位置!當陀螺儀頂部的部分向側面旋轉 90 度時，它繼續向左移動。底部的部分也是如此 - 它向側面旋轉90度，并且繼續向右移動。這些力使車輪沿進動方向旋轉。當識別的點繼續旋轉 90 度時，它們的原始運動將被取消。所以陀螺儀的軸懸在空中并進動。當你這樣看它時，你會發現歲差一點也不神秘——它完全符合物理定律!

　　陀螺儀的用途

　　所有這一切的效果是，一旦你旋轉陀螺儀，它的軸就會一直指向同一個方向。如果將陀螺儀安裝在一組 萬向節 這樣它就可以繼續指向同一個方向，它會的。這是基礎 陀螺羅盤.

　　如果您將兩個陀螺儀的軸彼此成直角安裝在平臺上，并將平臺放置在一組萬向節內，當萬向節以任何它們喜歡的方式旋轉時，平臺將保持完全剛性。這是這個基礎 慣性導航系統 (移民局)。

　　在INS中，萬向節軸上的傳感器檢測平臺何時旋轉。INS使用這些信號來了解車輛相對于平臺的旋轉。如果向平臺添加一組三個敏感 加速度 計，您可以準確地知道車輛的前進方向以及它在三個方向上的運動如何變化。有了這些信息，飛機的自動駕駛儀就可以保持飛機的航向，火箭的制導系統可以將火箭插入所需的軌道!

　　有關陀螺儀及其應用的更多信息，請查看下一頁的鏈接!

　　陀螺儀常見問題

　　陀螺儀有什么用?

　　陀螺儀內置在船舶和飛機的指南針、魚雷的轉向機構以及安裝在彈道導彈和軌道衛星等地方的制導系統中。

　　為什么陀螺儀無視重力?

　　它們似乎無視重力，但事實并非如此。這種效應是由于角動量守恒。

　　什么是陀螺效應?

　　此效果是指旋轉對象希望保持其旋轉軸的方式。