陀螺物理学术语、力学特性、应用场景
上传时间：2019-02-12 20:57点击:
陀螺（gyroscope; gyro）是指工程中具有固定点的、绕对称轴做高速 自转的对称刚体。其自转轴称为陀螺主轴。 因为支承方式、刚体形状和质量散布的不同而有各种方式的陀螺。陀螺的转速高，所以它具有一些特别的动力学特性。
支点和刚体的质心重合的陀螺称为平衡陀螺。不然称为重力陀螺。刚体质量均匀散布，且以其几许对称轴作自转轴的陀螺称为对称陀螺。在这种情况下，刚体关于支点的惯量椭球称为旋转椭球，刚体关于对称轴的滚动惯量称为极滚动惯量；刚体关于另两个过支点的惯量主轴（见惯量张量 ）的滚动惯量称为赤道滚动惯量。 陀螺是一个绕支点运动的刚体，所以刚体的定点运动的运动学和动力学方程都适用于陀螺。
开展简史
18世纪欧拉树立的动力学方程和欧拉运动学方程，为陀螺运动的理论奠定了根底。可是制作出一个有用的陀螺却阅历了长期的探究。19世纪中期，跟着钢制外壳船只的呈现，本来所用的磁罗盘不再适用，因而用陀螺导航的要求日益火急。在第一次世界大战中，美国海军制成了陀螺导航仪，并很快被其他国家所选用。跟着帆海和航空事业的开展，陀螺仪已成为不行短少的精细导航仪器。20世纪初呈现了飞机的陀螺安稳器和自动驾驶仪。但直到1940年后，陀螺罗盘才彻底替代了磁罗盘，1950年呈现了惯性导航系统。
不管制作得多么精细的陀螺，要彻底消除轴承的冲突力并使质心和支点重合是不行能的，因而就会发生外加搅扰力矩的效果，引起陀螺转子自转轴的缓慢进动，称为陀螺漂移。这时的进动角速度称为漂移角速度。陀螺漂移角速度的巨细是衡量陀螺精度凹凸的标志。为最大极限地削减漂移，近代陀螺的研究课题首要是怎么完成无搅扰力矩的支承。首要途径是用电场力来替代支架，完成无支承悬浮。假如转子是个规范的球形，则电场力经过其中心，然后完成无冲突的悬浮。另一个途径是用磁场力来完成转子的悬浮，但要求转子有必要是用超导体制作的，才能使磁力线垂直于球形转子的外表且不穿透它的外表。这就是近代电陀螺和磁陀螺的根本想象。
不管制作得多么精细的陀螺，要彻底消除轴承的冲突力并使质心和支点重合是不行能的，因而就会发生外加搅扰力矩的效果，引起陀螺转子自转轴的缓慢进动，称为陀螺漂移。这时的进动角速度称为漂移角速度。陀螺漂移角速度的巨细是衡量陀螺精度凹凸的标志。为最大极限地削减漂移，近代陀螺的研究课题首要是怎么完成无搅扰力矩的支承。首要途径是用电场力来替代支架，完成无支承悬浮。假如转子是个规范的球形，则电场力经过其中心，然后完成无冲突的悬浮。另一个途径是用磁场力来完成转子的悬浮，但要求转子有必要是用超导体制作的，才能使磁力线垂直于球形转子的外表且不穿透它的外表。这就是近代电陀螺和磁陀螺的根本想象。
力学特性
因为陀螺具有定轴性、进动性等力学特性（见陀螺力学），因而可制成陀螺仪、陀螺安稳器，导航渠道等设备，用于不同的工程技术范畴。从力学上看，陀螺的意义更为广泛。高速自旋的炮弹在飞翔中并无固定点，但其相对质心的运动就是典型的陀螺运动，依靠了陀螺的安稳性才不致翻跟斗。
高速自转的三自由度陀螺的自转轴具有安稳性，这就是陀螺运动的安稳性，是陀螺运动的又一个力学特性。
使用
大型电机转子的滚动轴遭到轴承束缚，但在转轴变形时，滚动轴可在空间改动方向，随同发生的陀螺效应将改动转子的临界转速。地球绕南北极轴自转，自转角速度极为缓慢，但因自滚动量矩非常巨大，因而地球也是一个内充液体外带气圈的大陀螺。地球南北极轴在星空的指向也以25,800年为周期缓慢改动，称为岁差。航天器为了安稳与控制自己的姿势运动，常在内部设备动量飞轮（一个或三个），称为陀螺体卫星。因而，只要能绕某轴滚动，而此轴又可绕某汇交轴滚动的刚体或准刚体，一般都可称为陀螺。
使陀螺的转子作惯性滚动的陀螺仪可完成惯性导航。可是因为地球自身的自转，这种陀螺的转轴并不指向地球上的某个固定方向。用于导航上的陀螺它的自转轴应一向指向北方，因而有必要给陀螺加上一个同地球的自转角速度持平的进动角速度，并使外环轴和转子的自转轴永久处于子午面内。这种一直指向地球北方的陀螺设备称为陀螺罗盘。相同也能够制效果于表征飞机姿势的各种专用陀螺。
