物理学术语陀螺 _生活百科

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陀螺(物理学术语)陀螺（gyroscope; gyro）是指工程中具有固定点的、绕对称轴做高速自转的对称刚体。其自转轴称为陀螺主轴。由于支承形式、刚体形状和质量分布的不同而有各种形式的陀螺。陀螺的转速高，所以它具有一些特殊的动力学特性。
【物理学术语陀螺】支点和刚体的质心重合的陀螺称为平衡陀螺。否则称为重力陀螺。刚体质量均匀分布，且以其几何对称轴作自转轴的陀螺称为对称陀螺。在这种情况下，刚体对于支点的惯量椭球称为旋转椭球，刚体对于对称轴的转动惯量称为极转动惯量；刚体对于另两个过支点的惯量主轴（见惯量张量）的转动惯量称为赤道转动惯量。陀螺是一个绕支点运动的刚体，所以刚体的定点运动的运动学和动力学方程都适用于陀螺。
基本介绍中文名：陀螺
外文名：gyroscope; gyro
学科：力学
特徵：绕对称轴高速自转的对称刚体
发展简史18世纪欧拉建立的动力学方程和欧拉运动学方程，为陀螺运动的理论奠定了基础。但是製造出一个实用的陀螺却经历了长时间的探索。19世纪中期，随着钢製外壳船舶的出现，原来所用的磁罗盘不再适用，因而用陀螺导航的要求日益迫切。在第一次世界大战中，美国海军製成了陀螺导航仪，并很快被其他国家所採用。随着航海和航空事业的发展，陀螺仪已成为不可缺少的精密导航仪器。20世纪初出现了飞机的陀螺稳定器和自动驾驶仪。但直到1940年后，陀螺罗盘才完全代替了磁罗盘，1950年出现了惯性导航系统。不论製造得多幺精密的陀螺，要完全消除轴承的摩擦力并使质心和支点重合是不可能的，因而就会产生外加干扰力矩的作用，引起陀螺转子自转轴的缓慢进动，称为陀螺漂移。这时的进动角速度称为漂移角速度。陀螺漂移角速度的大小是衡量陀螺精度高低的标誌。为最大限度地减少漂移，近代陀螺的研究课题主要是如何实现无干扰力矩的支承。主要途径是用电场力来代替支架，实现无支承悬浮。如果转子是个标準的球形，则电场力通过其中心，从而实现无摩擦的悬浮。另一个途径是用磁场力来实现转子的悬浮，但要求转子必须是用超导体製造的，才能使磁力线垂直于球形转子的表面且不穿透它的表面。这就是近代电陀螺和磁陀螺的基本构想。力学特性由于陀螺具有定轴性、进动性等力学特性（见陀螺力学），因而可製成陀螺仪、陀螺稳定器，导航平台等装置，用于不同的工程技术领域。从力学上看，陀螺的含义更为广泛。高速自旋的炮弹在飞行中并无固定点，但其相对质心的运动就是典型的陀螺运动，依靠了陀螺的稳定性才不致翻跟斗。高速自转的三自由度陀螺的自转轴具有稳定性，这就是陀螺运动的稳定性，是陀螺运动的又一个力学特性。套用大型电机转子的转动轴受到轴承约束，但在转轴变形时，转动轴可在空间改变方向，伴随产生的陀螺效应将改变转子的临界转速。地球绕南北极轴自转，自转角速度极为缓慢，但因自转动量矩十分巨大，因此地球也是一个内充液体外带气圈的大陀螺。地球南北极轴在星空的指向也以25,800年为周期缓慢改变，称为岁差。太空飞行器为了稳定与控制自己的姿态运动，常在内部安装动量飞轮（一个或三个），称为陀螺体卫星。因此，只要能绕某轴转动，而此轴又可绕某汇交轴转动的刚体或準刚体，一般都可称为陀螺。使陀螺的转子作惯性转动的陀螺仪可实现惯性导航。但是由于地球本身的自转，这种陀螺的转轴并不指向地球上的某个固定方向。用于导航上的陀螺它的自转轴应一直指向北方，因此必须给陀螺加上一个同地球的自转角速度相等的进动角速度，并使外环轴和转子的自转轴永远处于子午面内。这种始终指向地球北方的陀螺装置称为陀螺罗盘。同样也可以製造用于表征飞机姿态的各种专用陀螺。

物理学术语 陀螺

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