支點與剛體質心重合的陀螺稱為平衡陀螺。否則就叫重力陀螺。剛體質量均勻分布,以幾何對稱軸為旋轉軸的陀螺稱為對稱陀螺。這種情況下,剛體繞支點的轉動慣量橢球稱為轉動橢球,剛體繞對稱軸的轉動慣量稱為極慣性矩;剛體相對於通過支點的另外兩個慣性主軸的慣性矩(見慣性張量)稱為赤道慣性矩。陀螺是繞壹個支點運動的剛體,因此剛體定點運動的運動學和動力學方程適用於陀螺。
基本介紹中文名:陀螺儀mbth:陀螺儀;陀螺學科:力學特性:繞對稱軸高速旋轉的對稱剛體的發展簡史,力學特性,應用,發展簡史。歐拉在18世紀建立的動力學方程和歐拉運動學方程奠定了陀螺運動理論的基礎。但是做壹個實用的陀螺花了很長時間。19世紀中葉,隨著鋼殼船的出現,原有的磁羅盤已經不適用,陀螺導航的要求日益迫切。第壹次世界大戰中,美國海軍制造了陀螺導航儀,很快被其他國家采用。隨著航海和航空事業的發展,陀螺儀已經成為不可缺少的精密導航儀器。20世紀初,出現了飛機的陀螺穩定器和自動駕駛儀。但直到1940年,陀螺羅盤才完全取代了磁羅盤,1950年出現了慣性導航系統。
陀螺做得再精密,也不可能完全消除軸承的摩擦,使質心和支點重合,所以會產生外界幹擾力矩的作用,造成陀螺轉子轉軸的緩慢進動,這種現象稱為陀螺漂移。此時的進動角速度稱為漂移角速度。陀螺儀的漂移角速度是衡量陀螺儀精度的壹個標誌。為了使漂移最小化,現代陀螺的研究課題是如何實現無幹擾力矩的支撐。主要方式是用電場力代替支架,實現無支撐懸掛。如果轉子是標準球體,電場力通過其中心,從而實現無摩擦懸浮。另壹種方式是利用磁場力實現轉子懸浮,但轉子必須由超導體制成,使磁力線垂直於球形轉子表面並貫穿其中。這是現代電陀螺和磁陀螺的基本思想。機械特性由於陀螺儀具有定軸、進動等機械特性(見陀螺力學),因此可以制成陀螺儀、陀螺穩定器、導航平臺等器件,用於不同的工程技術領域。從力學的角度來看,陀螺的意義更為廣泛。高速旋轉的彈丸在飛行中沒有固定點,但它相對於質心的運動是典型的陀螺運動,要靠陀螺的穩定性來避免翻跟頭。高速三自由度陀螺的旋轉軸具有穩定性,這是陀螺運動的穩定性,也是陀螺運動的另壹個力學特性。大型電機轉子的轉軸受軸承約束,但當轉軸變形時,轉軸可以在空間改變方向,陀螺效應會改變轉子的臨界轉速。地球繞南北極軸旋轉,角速度極慢。然而,由於其巨大的轉動動量,地球也是壹個充滿液體和外層氣球的大陀螺。地球南北極軸在星空中的方向也是以25800年為周期緩慢變化的,稱為歲差。航天器為了穩定和控制姿態運動,往往安裝動量飛輪(壹個或三個),稱為陀螺體衛星。所以只要能繞壹個軸旋轉,並且這個軸能繞壹個相交軸旋轉,壹般就可以稱為陀螺。陀螺儀是利用陀螺儀的轉子慣性旋轉來實現慣性導航的。但是由於地球本身的旋轉,這個陀螺的旋轉軸並不指向地球上的壹個固定方向。導航用的陀螺儀要始終指向北方,就需要給陀螺儀加上壹個等於地球自轉角速度的進動角速度,並使外環軸和轉子的旋轉軸始終位於子午面內。這種始終指向地球北方的陀螺裝置叫做陀螺羅盤。還可以制造各種特殊的陀螺儀,用於表示飛行器的姿態。