ジャイロスコープで遊んだことはありますか？この小さな物体はまるで魔法のようです。中心が高速で回転し続けている限り、それはタンブラーになります。支点を与えれば、傾けるだけでなく、細い線の上に立ったり、ペンの先で回転させたりすることもできます。一日中遊んでいられます。

の歴史 ジャイロスコープ

私たちが普段ジャイロスコープと呼んでいるものは、ジャイロローターと回転軸で接続され、外周が2つのブラケットで構成されたシンプルな機械装置です。ジャイロスコープは、高速回転体の運動慣性を利用して、1軸または2軸に沿って移動する装置です。その主な特徴は、安定性と軸の固定性です。小型ジャイロスコープはどこにでも存在し、なくてはならない存在です。携帯電話、VRグラス、体性感覚ゲーム、飛行機の天秤などの製品に使用されています。ジャイロスコープは天秤アーティファクトとも呼ばれます。

昔、香炉と呼ばれる興味深い暖房器具がありました。この香炉の魔法は、中央に炭火を置くことです。外側の球体がどのように回転しても、中央の炭火鉢は重力の作用で常に水平を保ちます。この自在支柱の機能は、内部の物体のバランス状態が崩れないようにすることであり、これはジャイロスコープの構造と同じです。

古代には竹とんぼという別の種類の玩具があり、これもジャイロスコープと呼ばれていました。「ジャイロスコープ」という言葉は、フランスの物理学者ボコによって初めて提唱されました。英語では「軸に沿って回転する物体」を意味します。したがって、このように空中で軸に沿って回転する回転体もジャイロスコープの一種です。このように、回転盤、遊戯盤、そして曲芸における地球はすべてジャイロスコープの一種であり、独楽と呼ぶことができます。

ジャイロスコープの真ん中の部分は、おなじみのジャイロスコープです。ジャイロスコープがバランスをコントロールする理由がわかれば、ジャイロスコープのバランスの秘密がわかるのではないでしょうか。

中国はジャイロスコープ発祥の地です。ジャイロスコープは中国で最も古い民俗玩具の一つで、何世代にもわたって人々を魅了してきました。伝統的なコマは木製の逆円錐で作られ、ロープを巻き付けて引っ張ることで回転を続けます。コマの遊び方は様々で、円を描く、回転し続ける、遠くまで投げるなど、遊び方によってルールも異なります。 。

近年、若者の間でジャイロスコープの新しい遊び方が人気を集めています。指先で操作するジャイロスコープは、ひそかに人気を集めています。従来のジャイロスコープと非常によく似ており、数本の指で回転させることができます。

人々はジャイロスコープの永久回転とバランスの究極の状態を探し求めてきました。このようなバランスを実現するのは困難ですが、現実世界ではジャイロスコープを長時間バランス状態に保つことは可能です。

の原則 ジャイロスコープ

ジャイロスコープを回転させる際、ジャイロスコープを巻くワイヤーはジャイロスコープの重心を中心に回る必要があります。ジャイロスコープの重心は上面の3分の2です。この位置に巻かれていないと、ジャイロスコープの引っ張り力とロープの巻き方向が上下に揺れ、ジャイロスコープが安定した回転をするのが難しくなります。ジャイロスコープの軸がずれていると、回転が非常に難しくなります。

ジャイロスコープの重心に巻き付けると、すべての動力を重心に伝達し、回転速度を高速に維持することができます。ジャイロスコープ上の各点と回転軸に対称な点は、同時に同じ遠心力を受けます。中心が回転軸上にあるため、重心による回転軸への偏向の影響を最小限に抑え、回転安定性を大幅に向上させ、ジャイロスコープを地面に対して長時間垂直に保つことができます。

ジャイロスコープを倒壊させないためには、高速回転させる必要がある。ジャイロスコープの回転速度は通常、毎分数万回である。この速度が十分に速くなければ、回転軸は常に安定した方向を向くことができない。周囲のブラケットがどのように回転しても、内部のジャイロスコープは本来の方向性を維持できるのだ。

実際、ジャイロスコープは高速回転ジャイロスコープであり、振動空間の動的状態で方向を示すことができる柔軟な回転干渉防止ユニバーサルブラケットです。

その他の種類のジャイロスコープとその用途

ジャイロスコープの発明後、まず航空機に使用され、その後ミサイルにも利用されました。ジャイロスコープを用いて方向と角度を測定することで飛行経路を計算し、姿勢制御を行うことができます。

携帯電話のジャイロスコープは、携帯電話のメインボードに搭載される機械式ジャイロスコープの小型化につながるとお考えですか？実際、科学技術の力を過小評価することはできません。現在では、レーザージャイロスコープ、光ファイバージャイロスコープ、マイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープなどが存在します。これらはジャイロスコープとも呼ばれますが、その原理は機械式ジャイロスコープとは全く異なります。

レーザージャイロスコープ

レーザージャイロスコープの原理は、光路差を利用して回転角速度を測定することです。閉光路において、同一の光源から時計回りと反時計回りにそれぞれ放射された2本の光線が干渉します。この干渉縞の変化を検出することで、閉光路の回転角速度を測定することができます。主に航空、宇宙、国防などのハイエンド分野で利用されています。

光ファイバージャイロスコープ

光ファイバージャイロスコープの原理は、光路の変化によって2つの光路の位相差を検出し、光路の角速度を測定することです。主に航空、航法、航空宇宙、国防産業、農業などの分野で使用されています。

MEMSジャイロスコープのMEMS

これは通常、携帯電話などの電子製品に使用されます。通常、可動式のコンデンサプレートが2枚あります。ラジアルコンデンサプレートと振動電圧によって、物体はラジアル方向に移動させられます。横方向のコンデンサプレートは、横方向の動きによって生じる静電容量の変化を測定し、その静電容量の変化から角速度を算出します。

そのため、携帯電話のジャイロスコープは角速度センサーとも呼ばれ、主に偏向や傾きの回転角速度を測定するために使用されます。

従来の慣性ジャイロスコープは機械式であり、精度はそれほど高くありません。技術の発展に伴い、ジャイロスコープの機能を実現するためにますます多くのチップが使用されるようになりました。一般的に、航空宇宙、携帯電話、ナビゲーションなどの高精度・高感度が求められる分野で使用され、その結果はより複雑になっています。

現代のジャイロスコープは、一見すると非常に高く見えますが、私たちの生活のあらゆるところに存在しています。自転車の車輪は中心軸に沿って回転し、それがジャイロスコープとなります。車輪が回転している限り、自転車に乗っている人は転倒しません。動物界にもジャイロスコープは存在します。下の図に示すように、ジャイロスコープは人間だけのものではないようです。

そのため、ジャイロスコープは携帯電話だけでなく、ナビゲーション、航空宇宙、ミサイル、衛星通信、国防などの分野でも利用されており、地上施設、鉱山トンネル、地下鉄道、石油掘削などにも欠かせない存在となっています。生活の場においても、ジャイロスコープは自動車の誘導、携帯電話、環境モニタリングなどの分野で必要とされています。