陀螺仪的工作原理

如果你曾经玩过玩具陀螺仪，你就会知道它们可以玩各种有趣的把戏。它们可以在绳子或手指上保持平衡；它们可以以非常奇怪的方式抵制绕旋转轴的运动；但最有趣的效果是旋进。这是陀螺仪的抗重力部分。以下视频向您展示使用自行车车轮作为陀螺仪时进动的效果：

视频中最神奇的部分，也是陀螺仪最令人难以置信的部分，是陀螺仪自行车轮子能够像这样悬挂在空中的部分:

它是怎么做到的呢?

这个神秘的效应就是岁差。在一般情况下，进动是这样工作的:如果你有一个旋转的陀螺仪，你试着旋转它的自转轴，陀螺仪会试着以与力轴成直角的角度绕一个轴旋转，就像这样:

那么为什么会发生岁差呢?

为什么陀螺仪会显示这种行为？自行车车轮的轴会像那样悬挂在空中似乎是完全荒谬的。但是，如果你想想陀螺仪旋转时不同部分的实际情况，你会发现这种行为是完全正常的！

让我们看看陀螺仪旋转时的两个小部分——顶部和底部，如下所示：

当力施加到轴上时，陀螺仪顶部的部分将尝试向左移动，陀螺仪底部的部分将尝试向右移动，如图所示。如果陀螺仪没有旋转，则车轮会翻转，如前一页的视频所示。如果陀螺仪在旋转，想想陀螺仪的这两个部分会发生什么：牛顿第一运动定律指运动的物体除非受到不平衡力的作用，否则会沿直线以恒定的速度继续运动。所以陀螺仪的顶部点受到施加在轴上的力的作用，开始向左移动。由于牛顿第一运动定律，它继续试图向左移动，但陀螺仪的旋转使它旋转，像这样:

这种效应是进动的原因。陀螺仪的不同部分在一个点上受力，然后旋转到新的位置！当陀螺仪顶部的部分向侧面旋转90度时，它会继续向左移动。底部的部分也是如此——它向侧面旋转90度，并继续向右移动。这些力使车轮沿进动方向旋转。当识别的点继续旋转90度以上时，其原始运动将被取消。因此陀螺仪的轴悬挂在空中并进动。从这个角度看，进动一点也不神秘——它完全符合物理定律！

所有这些的影响是，一旦你旋转一个陀螺仪，它的轴就会一直指向同一个方向。如果你把陀螺仪安装在一套平衡环因此，它可以继续指向同一个方向，它会的。这是电罗经.

如果在平台上安装两个轴彼此成直角的陀螺仪，并将平台放置在一组框架内，当框架以任何方式旋转时，平台将保持完全刚性。这就是惯性导航系统（INS）。

在惯性导航系统中，万向节轴上的传感器检测平台何时旋转。INS使用这些信号来了解车辆相对于平台的旋转。如果向平台中添加一组三个敏感加速计，你可以准确地知道飞行器的方向，以及它在三个方向上的运动变化情况。有了这些信息，飞机的自动驾驶仪就能让飞机保持在航线上，火箭的制导系统就能将火箭插入所需的轨道!

有关陀螺仪及其应用的更多信息，请查看下一页的链接!