高速旋轉的物體的旋轉軸,對于改變其方向的外力作用有趨向于垂直方向的傾向。而且,旋轉物體在橫向傾斜時,重力會向增加傾斜的方向作用,而軸則向垂直方向運動,就產生了搖頭的運動(歲差運動)。當陀螺儀的陀螺旋轉軸以水平軸旋轉時,由于地球的旋轉而受到鉛直方向旋轉力,陀螺的旋轉體向水平面內的子午線方向產生歲差運動。當軸平行于子午線而靜止時可加以應用。
●陀螺儀的作用
這陀螺儀和重力傳感器有什么區別呢?區別很多,但最大的區別就是重力傳感對于空間上的位移感受維較少,能做到6個方向的感應就已經很不錯了,而陀螺儀則是全方位的。這很重要,毫不夸張的說,這兩者不是一個級別上的產品。
可能看到這里,大家還是會覺得有些迷惑,既然陀螺儀很厲害,那么它在手機上到底有什么用呢?我們不妨來看看。
第一大用途,導航。陀螺儀自被發明開始,就用于導航,先是德國人將其應用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手機的導航能力將達到前所未有的水準。實際上,目前很多專業手持式GPS上也裝了陀螺儀,如果手機上安裝了相應的軟件,其導航能力絕不亞于目前很多船舶、飛機上用的導航儀。
第二大用途,可以和手機上的攝像頭配合使用,比如防抖,這會讓手機的拍照攝像能力得到很大的提升。
第三大用途,各類游戲的傳感器,比如飛行游戲,體育類游戲,甚至包括一些第一視角類射擊游戲,陀螺儀完整監測游戲者手的位移,從而實現各種游戲操作效果。有關這點,想必用過任天堂WII的兄弟會有很深的感受。
第四大用途,可以用作輸入設備,陀螺儀相當于一個立體的鼠標,這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似,甚至可以認為是一種類型。
第五大用途,也是未來最有前景和應用范圍的用途。下面重點說說。那就是可以幫助手機實現很多增強現實的功能。增強現實是近期才冒出的概念,和虛擬現實一樣,是計算機的一種應用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力,讓人們對現實中的一些物體有跟深入的了解。如果大家不理解,舉個例子,前面有一個大樓,用手機攝像頭對準它,馬上就可以在屏幕上得到這座大樓的相關參數,比如樓的高度,寬度,海拔,如果連接到數據庫,甚至可以得到這座大廈的物主、建設時間、現在的用途、可容納的人數等等。
這種增強現實技術可不是用來滿足大家的好奇心,在實際生產上,其用途非常廣泛,比如蓋房子,用手機一照,就知道墻是否砌歪了?歪了多少?再比如,假如您是一位伊拉克抵抗美軍的戰士,平時只需要揣著一部此類手機,去基地那里轉轉,出來什么坦克,裝甲車或者直升機,用手機對準拍下,馬上就能判斷出武器的型號,速度、運動方向。
●陀螺儀的兩大動力特性
陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器,從第一臺真正實用的陀螺儀器問世以來已有大半個世紀,直到現在,陀螺儀仍在吸引著人們對它進行研究,這是由于它本身具有的特性所決定的。陀螺儀最主要的基本特性是它的定軸性(inertia or rigidity)和進動性(precession),這兩種特性都是建立在角動量守恒的原則下。人們從兒童玩的地陀螺中早就發現高速旋轉的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直,這就反映了陀螺的定軸性。研究陀螺儀運動特性的理論是繞定點運動剛體動力學的一個分支,它以物體的慣性為基礎,研究旋轉物體的動力學特性。
定軸性(inertia or rigidity)。當陀螺轉子以高速旋轉時,在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時,陀螺儀的自轉軸在慣性空間中的指向保持穩定不變,即指向一個固定的方向;同時反抗任何改變轉子軸向的力量。這種物理現象稱為陀螺儀的定軸性或穩定性。其穩定性隨以下的物理量而改變:轉子的轉動慣量愈大,穩定性愈好;轉子角速度愈大,穩定性愈好。
進動性(precession)。當轉子高速旋轉時,若外力矩作用于外環軸,陀螺儀將繞內環軸轉動;若外力矩作用于內環軸,陀螺儀將繞外環軸轉動。其轉動角速度方向與外力矩作用方向互相垂直,這種特性,叫做陀螺儀的進動性。進動角速度的方向取決于動量矩H的方向(與轉子自轉角速度矢量的方向一致)和外力矩M的方向,而且是自轉角速度矢量以最短的路徑追趕外力矩。
●常見的七大陀螺儀
根據陀螺儀的定軸性(inertia or rigidity)和進動性(precession)制成的各種儀表或裝置,常見的陀螺儀主要有以下幾種:
陀螺羅盤。