肖芮

现代社会智能手机早已成为我们生活中不可分割的一部分，如果你仔细检查手机的硬件配置，就会发现几乎每一部手机都配置了陀螺仪，什么是陀螺仪？它有着什么作用呢？

历史悠久的陀螺

提到陀螺仪你可能会感到有点陌生.但说到陀螺，你一定不陌生，你一定见过或者玩过简单的只需要用食指和拇指夹住顶端.用力一搓，便可以在地上高速旋转的手捻陀螺.或者用绳子缠绕，然后将其抛出，并用鞭子抽打以保持其直立旋转的木制陀螺.陀螺是我国民间最早的娱乐工具之一，早在四五千年前，在我国山西夏县新石器时代的遗址中.就发现了石制陀螺.18世纪由中国传到欧洲的新奇玩具“竹片蜻蜓”曾被西方人称为“中国陀螺”，因为在英语中陀螺有“回旋体”的意思，竹片蜻蜓是在空中进行回旋，所以竹片蜻蜓也被认为是陀螺的一种.

陀螺仪的产生

我们将绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺，刚体是指在运动和受力作用时.其形状和大小不变的物体.我们知道，任何物体在受到力的作用后，都会产生形变，所以真正的刚体是不存在的.如果物体形变程度极为微小.我们就可以忽略不计，这里说到的刚体其实是一种理想模型.陀螺仪简单来说就是将一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上面.旋转轴所指的方向在不受外力影响时.是不会改变的（如图1）.人们根据这个道理，用它来保持方向。

其实，万向支架最早是由我国古人创造的.并被应用于被中香炉中，被中香炉最早记载于《西京杂记》，我国古人喜欢用香炉来熏香或取暖，于是能工巧匠制成了结构类似于陀螺仪的铜制容器，在里面放上香料或炭火，置于被中.不论香炉在被子里如何翻滚，炉口都能水平，丝毫不用担心炭火会倾覆.被中香炉的球形外壳和位于中心的半球形炉体之间有两层或三层同心圆环，炉体与每层圆环间各有两根短支撑轴相连，这些短支撑轴相互垂直，使炉体和每层圆环可以自由转动，这种支撑炉口的支架就被称为万向支架.即无论炉口是上下、左右、前后翻滚，万向支架总能使炉口保持水平（如图2）.

虽然是中国人最早发明了万向支架.可中国人却并没有将万向支架应用于科学研究中，最早真正把万向支架用在现代科学研究中并作出重要发现的是法国物理学家莱昂·傅科，傅科在1850年提出利用高速旋转的陀螺来验证地球的自转.因为旋转的陀螺有保持旋转轴方向不变的性质，所以他将陀螺放在万向支架上.将支架置于地面上.由于地球的自转，经过一段时间，陀螺的旋转轴就与地球的自转轴保持一致.因此可以明显地说明地球的自转，傅科利用他发明的傅科摆和这种陀螺仪有力地证明了地球的自转，从此，万向支架又被称为“陀螺支架”.

陀螺仪的广泛应用

陀螺仪最早被用于航海中，帮助船员进行导航，随着科技的发展，从导弹、卫星等国防科技事业，到油田钻井、矿山挖掘等国民经济事业，与我们息息相关的航海、航空、汽车等交通方式.甚至是我们每个人正在使用的手机，都涉及陀螺仪的运用.

陀螺仪一般可以作为指示仪表、稳定器，甚至精密测试仪器来使用，作为指示仪表，陀螺仪可以在自动控制系统中作为敏感元件传递信号.提供准确的方位、速度和加速度等信号，使飞机能够按照一定的航线航行，不会偏离轨道.作为稳定器.陀螺仪可以减少船舶在风浪中的摇摆：稳定飞机或卫星上的相机，减少抖动等.作为精密测试仪器，陀螺仪能够为导弹发射、石油钻井、隧道挖掘等提供准确的测试数据.

最早的陀螺仪都是机械式的.里面有一个高速旋转的陀螺，后来为了提高测量精度.又出现了激光陀螺仪、光纤陀螺仪及微机电陀螺仪等，虽然这些东西也被称为陀螺仪.但是它们的原理和传统的机械陀螺儀已经完全不同.主要是利用激光和电流的变化来获取信息.完成相应的功能，由于微机电陀螺仪价格低廉，所以发展迅速，应用广泛，手机中用的就是这种陀螺仪.而在航空航天这种对精度要求比较高的领域.则大多使用的是激光陀螺仪.

最后，你一定想知道陀螺仪在手机中起到什么作用.当我们在拍照时，就会运用手机上的陀螺仪来进行稳定，尽量避免由于手的抖动而造成的照片模糊不清：当我们在手机上进行赛车或飞行类游戏体验时.可以通过左右晃动手机屏幕.来控制赛车或飞行的方向，从而达到良好的游戏体验：当我们利用手机导航时.由于行驶于隧道或者城市高大的建筑附近时，无法收到GPS信号，就可以通过陀螺仪来测量汽车的偏航或直线运动位移.从而继续导航.

从陀螺的发明到万向支架的应用，再到两者的结合，最后到新型陀螺仪的发明，正是科技的进步.使陀螺仪改变了我们的世界.

责任编辑 林洋