刚体陀螺实验装置

实验原理

陀螺仪被用在飞机飞行仪表的心脏地位，是由于它的两个基本特性：一为定轴性（inertia or rigidity），另一是进动性（precession），这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。

 2.1定轴性

当三自由度陀螺转子高速旋转后，若不受外力矩的作用，不管基座如何转动，支撑在万向支架上的 陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变，这种特性叫“定轴性”。如果我们以地球为基准，则可以认为三自由度陀螺相对于地球运动，这种运动称为陀螺的假视运动或视在运动。视在运动是陀螺稳定性的表现。

其惯性随以下的物理量而改变：

1）转子质量愈大，转动惯量愈大；

2）转子旋转半径愈大，转动惯量愈大；

3）转子旋转速度愈高，转动惯量愈大；

2.2进动性

在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动，此现象即是进动性。

进动性的大小也有三个影响的因素：

1）外界作用力愈大，其进动性也愈大；

2）转子的质量惯性矩（moment of inertia）愈大，进动性愈小；

3）转子的角速度愈大，进动性愈小；

而进动方向可根据进动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。

3.组成和性能指标：

组成：

1)刚体陀螺仪                    1台

2)刚体陀螺仪控制器              1个

3)电源适配器                    1个

4)可充电锂电池和充电器          1个

5)仪器箱                        1个

性能指标：

高速旋转的电机演示陀螺的特性，演示陀螺的定轴性、进动性。

1）刚体陀螺仪：尺寸：200*200*200mm，重量: 1.6Kg

2）转子电机：直流无刷电机（双电机结构）

3）电机转速：0~6000r/min（可调）

4）电源： 电压：DC +12V  电流：3A

5）滑环2A，3只