平衡环陀螺仪是什么

平衡环陀螺仪是什么

平衡环（早期的陀螺仪）。平衡环，或称平衡陀，是现代陀螺仪的基础。在欧洲又称为卡丹环， 以意大利数学家吉罗拉姆·卡丹（Girolamo Cardano或Jerome Cardan，1501—1576）的名字命名。但是卡丹既没有发明过也没有声称他发明过这种装置，并说明平衡环装置只是在他的名著《精妙事物》（De Subtilitate，公元1550年）中描述过，这种装置早在公元9世纪便在欧洲出现。

其实它早在公元前2世纪就已经在中国发明了。公元前140年，中国人房风发明了平衡环，公元189年中国人丁缓又改进了平衡环，后来传到了欧洲。到公元9世纪，著名科学家罗伯特·胡克等人应用该装置的原理造出了万向接头，又称万向节、万向支架、常平支架。就是这项发明使汽车的自动能量传输成为可能。中国人发明的平衡环比西方领先700年左右。

平衡环陀螺仪基本原理

平衡环装置是现代陀螺仪的基础。古代的陀螺，如右图所示，当处于回转运动中的陀螺显倾斜状态时，其重力分量（p）会使它的中心轴线更加倾斜，但回转效应又使其中心轴线向垂直方向（v）偏转。因此，一旦陀螺旋转之后就不会倒下，而是沿一锥面运动，称为进动。它的运动特性使孩童们感到极大兴趣，因此，它在中国作为一种玩具，一代代地传了下来。

现代平衡环成为航空、航海必不可少的仪器，即陀螺仪表，或称回转仪（gyroscope）。陀螺仪使航海成为可能，而且在现代飞机中是“自动领航”所必不可少的。现代的飞机、导弹和轮船不论怎样急速在空中或海上运动，都能辨认方向，这是由于安装了陀螺仪的缘故。任何有幸进入公元19世纪吉普赛人大篷车的人， 都会注意到挂在壁上内装有灯的黄铜平衡环， 不管大篷车在路上怎样颠簸， 平衡环始终保持直立。这些联锁着的黄铜环可随意转动，但吊在其中的灯总不会翻转过来， 这就是平衡环的基本原理。一套环子内每环都在两个相对点上与另一环联结， 使它们可自由转动。这样， 如果一个重物如灯直立放于环的中心， 它将保持直立。不管灯周围的各环发生什么运动， 吊着灯的环保持灯不运动。公元18世纪时， 中国航海家利用这种平衡环装配罗盘。用这种方式在船上装的罗盘， 可免除波浪颠簸的影响。