陀螺仪包括传统的刚性转子陀螺仪和新型固态陀螺仪,种类繁多,其精度可分为超高精度、高精度和低精度。陀螺仪应用广泛。在飞机和潜艇上,陀螺仪可以用来导航。中高精度陀螺仪包括激光陀螺、光纤陀螺等。陀螺仪不倒的原因是陀螺仪在旋转,它有角动量。

陀螺仪是什么原理?有哪些应用?

陀螺仪属于惯性器件,由于它在任何环境下都具有自主导航能力的特性,即有定轴性和进动性两大特性,因此它的到来引起极大关注,被应用到很多领域。陀螺仪有传统的刚体转子陀螺仪和新型的固体态陀螺仪,种类十分繁多,而且精度也有超高精度中高精度低精度之分。超高精度陀螺仪有静电陀螺磁浮陀螺液浮陀螺,而这三者精度最高的又是静电陀螺仪。

中高精度陀螺仪有激光陀螺光纤陀螺等。低精度陀螺仪有微机械陀螺。陀螺仪的工作原理由于其种类的不同,工作原理也不同。如磁浮陀螺它采用磁悬浮转子,在高真空下高速旋转,以电磁力作为支撑,而静电陀螺其利用静电力作支撑使得球形转子在超高真空环境下高速旋转的自由转子陀螺仪,而光纤陀螺和激光陀螺它们都基于萨纳克效应,而微机械陀螺采用微电子技术,利用了化学蚀刻方法。

陀螺仪的应用到航天航空航海及国民经济等领域,因此不仅在尖端科技领域被广泛应用,还在国民经济领域也被应广泛用到。上述的陀螺仪液浮陀螺在导航应用方面较广泛,磁浮陀螺主要在在航海方面的应用,由于它过载能力低,启动时间较长等缺点,因此在航海方面的应用较适合。静电陀螺在潜艇及航母等方面的应用,主要是能满足高精度高可靠性隐蔽性要求。

陀螺仪保持不倒的物理学原理是什么?还有陀螺仪有哪些方面的应用?

陀螺仪不倒的原因在于陀螺在旋转,它有一个角动量。因此,我们得到第一个结论1。如果陀螺停止旋转,则陀螺会倒。那么,一个不旋转的陀螺为什么会倒下呢?原因在于2。重力的作用使得静止陀螺倒下。有了以上两个基础知识,我们就可以来仔细说一下了,如果读者中有人学习过大学物理系的理论力学或者分析力学,那么,这个问题就很简单了。

一个旋转的陀螺有一个角动量,这个角动量是一个矢量,如果陀螺倒下,这个角动量矢量的方向就发生了变化。而需要改变这个角动量,需要一个力矩。我们从基本的量纲分析就可以看出来,角动量对时间的导数等于力矩。因此,我们要来看一下,重力的力矩对螺旋旋转的角动量是怎么影响的。通过简单的数学分析就可以看出,重力的力矩能改变螺旋旋转的角动量的方向,使得整个陀螺发生进动。

所以,我们看到陀螺都是一边自转一边进动的。这就是重力在起作用了,只不过重力不能做功。我们通常说的角动量守恒定律是说在没有外力矩的情况下,角动量对时间的导数等于零。而现在在陀螺这个情况下,角动量不守恒,因为存在重力力矩,所以,角动量对时间的导数等于重力力矩。这个只要你学一点数学就是能够明白的。但重力力矩不能让陀螺侧翻,只能改变角动量的方向。

陀螺仪的应用则是非常广泛的,在飞机与潜艇中,陀螺仪可以用来导航。陀螺仪也可以被用来测量角度与经纬度,其应用是相当广泛的。陀螺的本质是一个刚体,一般刚体的运动规律可以参考欧拉的刚体运动方程,可以参考的名著是阿诺德的理论力学的数学方法一书——这本书是用微分几何与拓扑学来分析刚体运动规律的,对陀螺的描述也非常深邃。

手机上的陀螺仪重要吗?有什么作用呢?

陈明:我不想提宣传的概念。陀螺仪多用于手机防抖,转个身感知手机姿态就行了。不要想太多。等等。与重力感应相比,陀螺仪不需要加速度A进行辅助操作。不像重力感应,只有手机产生加速度才能工作,所以比如手机匀速旋转。重力感应虽然知道什么时候开始转,什么时候停止,不知道转了多少圈,但是陀螺仪知道。


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