陀螺儀的特性
特性
陀螺儀被廣泛用于航空航天和航海領域這是由于它的兩個基本特性一為定軸性(inertia or rigidity)另一是進動性(precession)這兩種特性都是建立在角動量守恒的原則下
定軸性
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
1.轉子的轉動慣量愈大穩定性愈好
陀螺儀
2.轉子角速度愈大穩定性愈好
所謂的轉動慣量是描述剛體在轉動中的慣性大小的物理量當以相同的力矩分別作用于兩個繞定軸轉動的不同剛體時它們所獲得的角速度一般是不一樣的轉動慣量大的剛體所獲得的角速度小也就是保持原有轉動狀態的慣性大反之轉動慣量小的剛體所獲得的角速度大也就是保持原有轉動狀態的慣性小
進動性
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如右圖
進動方向 這可用右手定則判定即伸直右手大拇指與食指垂直手指順著自轉軸的方向手掌朝外力矩的正方向然后手掌與4指彎曲握拳則大拇指的方向就是進動角速度的方向
進動角速度的大小取決于轉子動量矩H的大小和外力矩M的大小,其計算式為進動角速度ω=M/H
進動性的大小也有三個影響的因素
1.外界作用力愈大其進動角速度也愈大
2.轉子的轉動慣量愈大進動角速度愈小
3.轉子的角速度愈大進動角速度愈小