剛體陀螺實驗裝置結(jié)構(gòu)
從力學(xué)的觀點(diǎn)近似的分析陀螺的運(yùn)動時，可以把它看成是一個剛體，剛體上有一個萬向支點(diǎn)，
而陀螺可以繞著這個支點(diǎn)作三個自由度的轉(zhuǎn)動，所以陀螺的運(yùn)動是屬于剛體繞一個定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動運(yùn)
動。更確切地說，一個繞對稱軸高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上，使陀螺
的自轉(zhuǎn)軸有角轉(zhuǎn)動的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀。
圖1 陀螺儀結(jié)構(gòu)
剛體陀螺實驗裝置的基本部件有：
1) 陀螺轉(zhuǎn)子(常采用同步電機(jī)、磁滯電機(jī)、三相交流電機(jī)等拖動方法來使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸
高速旋轉(zhuǎn)，并見其轉(zhuǎn)速近似為常值)；
2)
內(nèi)、外框架(或稱內(nèi)、外環(huán)，它是使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動自由度的結(jié)構(gòu))；
3)
附件(是指力矩馬達(dá)、信號傳感器、控制器等)。
4 陀螺儀工作原理
陀螺儀，是一個圓形的中軸的結(jié)合體。而事實上，靜止與運(yùn)動的陀螺儀本身并無區(qū)別，如果
靜止的陀螺儀本身絕對平衡的話，拋除外在因素陀螺儀是可以不依靠旋轉(zhuǎn)便能立定的。而如果陀
螺儀本身尺寸不平衡的話，在靜止下就會造成陀螺儀模型傾斜跌倒，因此不均衡的陀螺儀必然依
靠旋轉(zhuǎn)來維持平衡。剛體陀螺實驗系統(tǒng) GT300-3DT-ED
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剛體陀螺實驗裝置本身與引力有關(guān)，因為引力的影響，不均衡的陀螺儀，重的一端將向下運(yùn)行，而輕的
一端向上。在引力場中，重物下降的速度是需要時間的，物體墜落的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于陀螺儀本身旋
轉(zhuǎn)的速度時，將導(dǎo)致陀螺儀偏重點(diǎn)，在旋轉(zhuǎn)中不斷的改變陀螺儀自身的平衡，并形成一個向上旋
轉(zhuǎn)的速度方向。當(dāng)然，如果陀螺儀偏重點(diǎn)太大，陀螺儀自身的左右互作用力也將失效！。
而在旋轉(zhuǎn)中，陀螺儀如果遇到外力導(dǎo)致，陀螺儀轉(zhuǎn)輪某點(diǎn)受力。陀螺儀會立刻傾斜，而陀螺
儀受力點(diǎn)的勢能如果低于陀螺儀旋轉(zhuǎn)時速，這時受力點(diǎn)，會因為陀螺儀傾斜，在旋轉(zhuǎn)的推動下，
陀螺儀受力點(diǎn)將從斜下角，滑向斜上角。而在向斜上角運(yùn)行時，陀螺儀受力點(diǎn)的勢能還在向下運(yùn)
行。這就導(dǎo)致陀螺儀到達(dá)斜上角時，受力點(diǎn)的剩余勢能將會將在位于斜上角時，勢能向下推動。
而與受力點(diǎn)相反的直徑另一端，同樣具備了相應(yīng)的勢能，這個勢能與受力點(diǎn)運(yùn)動方向相反，
受力點(diǎn)向下，而它向上，且管這個點(diǎn)叫“聯(lián)動受力點(diǎn)”。當(dāng)聯(lián)動受力點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度，從斜上角到達(dá)
斜下角，這時聯(lián)動受力點(diǎn)，將陀螺儀向上拉動。在受力點(diǎn)與聯(lián)動受力互作用力下，陀螺儀回歸平
衡。
5 實驗原理
陀螺儀被用在飛機(jī)飛行儀表的心臟地位，是由于它的兩個基本特性：一為定軸性（inertia or
rigidity），另一是進(jìn)動性（precession），這兩種特性都是建立在角動量守恒的原則下。
5.1 定軸性
當(dāng)三自由度陀螺轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)后，若不受外力矩的作用，不管基座如何轉(zhuǎn)動，支撐在萬向支
架上的 陀螺儀自轉(zhuǎn)軸指向慣性空間的方位不變，這種特性叫“定軸性”。如果我們以地球為基準(zhǔn)，
則可以認(rèn)為三自由度陀螺相對于地球運(yùn)動，這種運(yùn)動稱為陀螺的假視運(yùn)動或視在運(yùn)動。視在運(yùn)動
是陀螺穩(wěn)定性的表現(xiàn)。
其慣性隨以下的物理量而改變：
1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量愈大，轉(zhuǎn)動慣量I愈大；
2）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)半徑愈大，轉(zhuǎn)動慣量I愈大；
3）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度愈高，轉(zhuǎn)動慣量I愈大；
5.2 進(jìn)動性剛體陀螺實驗系統(tǒng) GT300-3DT-ED
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在運(yùn)轉(zhuǎn)中的陀螺儀，如果外界施一作用或力矩在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸上，則旋轉(zhuǎn)軸并不沿施力方向運(yùn)
動，而是順著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)向前90度垂直施力方向運(yùn)動，此現(xiàn)象即是進(jìn)動性。
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