陀螺教学仪到底是怎样掌握平衡的

2023-06-17 07:07:13 来源：互联网分类：电气知识

　　陀螺教学仪是一种用于传感和维持方向的装置，是根据角动量守恒理论设计的。陀螺仪主要由位于轴心、可旋转的转子组成。当陀螺仪开始旋转时，陀螺教学仪倾向于抵抗转子角动量的作用而改变方向，那么，下面一起了解下陀螺教学仪到底是怎样掌握平衡的吧!

　　陀螺教学仪是导航、定位等系统中常用的例子，例如用于移动电话的GPS定位导航、卫星三轴陀螺仪定位。陀螺教学仪基本上是利用物体高速旋转时角动量大、旋转轴总是稳定地朝向一个方向的性质制造的定向设备。但是，它必须旋转得足够快，或者惯性力矩足够大(也可以说角动量足够大)。否则，很小的力矩就会严重影响稳定性。

　　现象的说明

　　高速旋转的物体的旋转轴相对于改变其方向的外力有朝向垂直方向的倾向。而且，如果旋转物体横向倾斜，重力会向倾斜增加的方向作用，轴会向垂直方向移动，产生摇头运动(旋进运动)。陀螺传感器的旋转轴在水平轴上旋转时，由于地球的旋转而受到铅直方向的旋转力，陀螺的旋转体在水平面内的子午线方向上引起旋进运动。适用于轴平行于子午线且静止的情况。

　　陀螺教学仪基本上是利用物体高速旋转时角动量大、旋转轴总是稳定地朝向一个方向的性质制造的定向设备。但是，它必须旋转得足够快，或者惯性力矩足够大(也可以说角动量足够大)。否则，很小的力矩就会严重影响稳定性。

　　陀螺教学仪工作原理

　　陀螺教学仪是圆形中心轴的结合体，但实际上静止和运动陀螺仪本身没有区别。如果静止的陀螺仪自身绝对平衡的话，除了要素陀螺仪以外，不依靠旋转就可以直立，但是如果陀螺仪自身的尺寸不均衡的话，在静止下陀螺教学仪模型会倾斜跌倒，所以不均衡的陀螺仪必然依赖于旋转来维持平衡

　　陀螺教学仪本身与重力有关，受重力影响不均衡的陀螺，重的一方向下运动，轻的一方向上运动。在重力场中，重物落下的速度需要时间。如果物体掉落的速度远远低于陀螺仪本身的旋转速度，陀螺仪的重心就会偏移，旋转过程当中陀螺仪自身的平衡会发生变化，成为向上旋转的速度方向。当然，如果陀螺仪的重心太大，陀螺仪自身左右的相互作用力也会变大。如果陀螺仪在旋转中遇到外力，陀螺教学仪就会对陀螺仪的某个点施力。陀螺仪会很快倾斜，但如果陀螺仪受力点的势能低于陀螺仪的旋转时速，则陀螺仪会倾斜，旋转推动陀螺仪受力点会从斜角滑到斜角。另一方面，向斜上方旋转时，陀螺仪受力点的势能还在向下旋转。结果，陀螺教学仪到达斜上方角时，受力点的剩馀势能在斜上方角时被势能按下。在与受力点相反的直径的另一侧也具备相同的势能，这个势能在与受力点相反的方向上，受力点向下，它向上，此外，这一点称为“联动受力点”。联动受力点旋转180度，从斜上角到达斜下角时，联动受力点向上拉陀螺，在受力点与联动受力的相互作用下陀螺恢复平衡。

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