平衡環(huán)陀螺儀是什么

平衡環(huán)（早期的陀螺儀）。平衡環(huán)，或稱平衡陀，是現(xiàn)代陀螺儀的基礎(chǔ)。在歐洲又稱為卡丹環(huán)， 以意大利數(shù)學(xué)家吉羅拉姆·卡丹（Girolamo Cardano或Jerome Cardan，1501—1576）的名字命名。但是卡丹既沒(méi)有發(fā)明過(guò)也沒(méi)有聲稱他發(fā)明過(guò)這種裝置，并說(shuō)明平衡環(huán)裝置只是在他的名著《精妙事物》（De Subtilitate，公元1550年）中描述過(guò)，這種裝置早在公元9世紀(jì)便在歐洲出現(xiàn)。

其實(shí)它早在公元前2世紀(jì)就已經(jīng)在中國(guó)發(fā)明了。公元前140年，中國(guó)人房風(fēng)發(fā)明了平衡環(huán)，公元189年中國(guó)人丁緩又改進(jìn)了平衡環(huán)，后來(lái)傳到了歐洲。到公元9世紀(jì)，著名科學(xué)家羅伯特·胡克等人應(yīng)用該裝置的原理造出了萬(wàn)向接頭，又稱萬(wàn)向節(jié)、萬(wàn)向支架、常平支架。就是這項(xiàng)發(fā)明使汽車的自動(dòng)能量傳輸成為可能。中國(guó)人發(fā)明的平衡環(huán)比西方領(lǐng)先700年左右。

平衡環(huán)陀螺儀基本原理

平衡環(huán)裝置是現(xiàn)代陀螺儀的基礎(chǔ)。古代的陀螺，如右圖所示，當(dāng)處于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的陀螺顯傾斜狀態(tài)時(shí)，其重力分量（p）會(huì)使它的中心軸線更加傾斜，但回轉(zhuǎn)效應(yīng)又使其中心軸線向垂直方向（v）偏轉(zhuǎn)。因此，一旦陀螺旋轉(zhuǎn)之后就不會(huì)倒下，而是沿一錐面運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)動(dòng)。它的運(yùn)動(dòng)特性使孩童們感到極大興趣，因此，它在中國(guó)作為一種玩具，一代代地傳了下來(lái)。

現(xiàn)代平衡環(huán)成為航空、航海必不可少的儀器，即陀螺儀表，或稱回轉(zhuǎn)儀（gyroscope）。陀螺儀使航海成為可能，而且在現(xiàn)代飛機(jī)中是“自動(dòng)領(lǐng)航”所必不可少的?，F(xiàn)代的飛機(jī)、導(dǎo)彈和輪船不論怎樣急速在空中或海上運(yùn)動(dòng)，都能辨認(rèn)方向，這是由于安裝了陀螺儀的緣故。任何有幸進(jìn)入公元19世紀(jì)吉普賽人大篷車的人， 都會(huì)注意到掛在壁上內(nèi)裝有燈的黃銅平衡環(huán)， 不管大篷車在路上怎樣顛簸， 平衡環(huán)始終保持直立。這些聯(lián)鎖著的黃銅環(huán)可隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，但吊在其中的燈總不會(huì)翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)， 這就是平衡環(huán)的基本原理。一套環(huán)子內(nèi)每環(huán)都在兩個(gè)相對(duì)點(diǎn)上與另一環(huán)聯(lián)結(jié)， 使它們可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣， 如果一個(gè)重物如燈直立放于環(huán)的中心， 它將保持直立。不管燈周圍的各環(huán)發(fā)生什么運(yùn)動(dòng)， 吊著燈的環(huán)保持燈不運(yùn)動(dòng)。公元18世紀(jì)時(shí)， 中國(guó)航海家利用這種平衡環(huán)裝配羅盤(pán)。用這種方式在船上裝的羅盤(pán)， 可免除波浪顛簸的影響。