陀螺仪原理(无阻力陀螺设计图)

陀螺仪为什么旋转不起来？原理是什么？

你玩过陀螺仪吗？这个神奇的东西就像魔法一样。只要中心保持高速旋转，就是不倒翁。给它一个支点，既可以倾斜旋转，又可以站在细线上，甚至可以在笔尖上旋转，让我可以玩一整天。

我们平时讲玩的陀螺是一种简单的机械装置，陀螺转子与转轴连接，外围由两个支架组成。

陀螺仪是利用高速旋转体的动量惯性沿一轴或两轴运动的装置。其主要特点是稳定和定轴。小型陀螺仪无处不在，不可或缺。用于手机、VR眼镜、体感游戏、飞机平衡等产品。陀螺仪也叫平衡神器。

中国古代有个有趣的取暖器叫被子香炉。这种香炉的神奇之处在于，加热用的炭火放在中心。不管外面的球怎么旋转，中间的炭火盆在重力的作用下都会一直保持水平。万向支架的作用是保证内部物体的平衡不受干扰，和陀螺仪的结构一样。

古代还有一种玩具叫竹蜻蜓，也叫陀螺。“陀螺”一词最早是由法国物理学家博科提出的。在英语中的意思是沿着轴线的“旋转体”。所以在空中沿轴线旋转的竹蜻蜓，也是陀螺的一种。这样，在杂技中，旋转的圆盘，玩的盘子，地球，都可以称为陀螺。

陀螺仪中间是大家熟悉的陀螺仪。如果我们找到了陀螺仪掌握平衡的原因，我们是否掌握了陀螺仪平衡的秘诀？

中国是陀螺的故乡，陀螺是中国最古老的民间玩具之一，吸引了一代又一代人。传统陀螺是由木头制成的倒圆锥形。绳子缠在陀螺上，用力拉绳子使其转动，敲打绳子使其不断转动。玩陀螺的方式多种多样，比如画圈，长时间旋转，扔掉游戏等等。游戏规则也因玩法不同而不同。

近年来，一种新的陀螺玩法在年轻人中流行起来。这款指尖陀螺正在悄然流行。它和传统的陀螺很像，只需要几个手指就可以让它旋转。

人们一直在寻找永恒旋转的终极状态，无法平衡陀螺。虽然这种平衡很难达到，但在现实生活中，可以做到让陀螺长时间保持平衡。

我们玩陀螺的时候，绕陀螺的线要绕陀螺重心，离上平面三分之二。如果不缠绕在这个位置，陀螺的拉力会随着绳子的缠绕方向上下摆动，导致转轴不断偏转，偏转过程中会有大量的力分散损失，陀螺很难绕稳定的轴旋转和转动。

如果缠绕在陀螺的重心上，可以把所有的力传递到重心上，保持高速旋转。陀螺上的每个点和与旋转轴对称的点同时承受相同的离心作用。因为中心位于旋转轴上，所以可以最大限度地减小旋转时重心对旋转轴偏转的影响，大大增加旋转的稳定性，使陀螺长时间保持与地面垂直。

想要陀螺仪失效，必须让它高速旋转。陀螺仪的速度一般是每分钟上万次。速度一定要够快。旋转轴将始终稳定地指向一个方向。无论外围支架怎么旋转，里面的陀螺仪还是能保持原来的指向性不变。

其实陀螺仪就是一个高速旋转的陀螺仪，一个转动灵活、抗干扰的万向架形成了一个在晃动空间中可以动态指示方向的陀螺仪。

陀螺仪发明后，先用于飞机，后用于导弹。利用陀螺仪确定方向和角度，可以计算出飞行轨迹，进而进行姿态控制。

你以为手机陀螺仪是把机械陀螺仪缩小装在手机主板上？其实我是这么想的，但是千万不要低估科技的力量。现在有激光陀螺仪，光纤陀螺仪，微机电陀螺仪。虽然也叫陀螺仪，但原理和机械陀螺仪完全不同。

激光陀螺的原理是利用光程差测量旋转角速度。在封闭的光路中，从同一光源顺时针和逆时针传输的两束光相互干涉。通过检测相位差或干涉条纹的变化，可以测量闭合光路的旋转角速度。主要用于航空、航天、国防等高端领域。

光纤陀螺的原理是利用光路的变化来检测两个光路之间的相位差，进而测量光路旋转的角速度，主要用于航空、航海、航天、国防工业和农业。

MEMS一般用于手机等电子产品。它通常有两个方向的可移动电容器极板。径向电容板加入振荡电压，迫使物体径向运动，横向电容板测量横向运动引起的电容变化，因此可以从电容变化计算角速度。

所以手机的陀螺仪也叫角速度传感器，主要测量物理量为偏转和倾斜时的旋转角速度。

传统惯性陀螺仪都是机械式的，精度不是很高。随着技术的发展，利用芯片实现的陀螺仪功能越来越多，一般用于航空航天、手机、导航等高精度、高灵敏度领域，结果也更加复杂。

今天的陀螺仪应用似乎很高，但在我们的生活中随处可见。自行车上的轮子沿着中轴运动，就成了陀螺仪。因此，只要车轮转动，骑车人就不会摔倒。动物界也有陀螺仪。见下图。看来陀螺仪不仅仅是人类独有的。

所以陀螺仪不仅仅用在手机上，在导航、航空航天、导弹、卫星载体、国防等领域，地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探都离不开它。汽车导航、手机、环境监测等领域都需要陀螺仪。