常平架回转仪

【实验目的】
了解什么是回转仪，掌握其工作原理。
【实验器材】
常平架回转演示仪，如图10-1所示,结构图如图10-2所示。

图 10-1

图 10-2

     在支柱1上面装着可沿竖直轴转动的外环2，外环2里面装着可以相对于外环绕水平轴转动的内环3，在内环3中安装回转仪4，回转仪可以相对于内环3绕轴OO′转动。三根转动轴相互垂直，并交于回转仪的质心，所有轴承都非常光滑的，回转仪4具有三个自由度，这种装置常叫做常平架回转仪；5 是活动基座和把手；6是带有槽形导轨的整个常平架回转仪的基座；7是驱动回转仪高速转动的穿线孔；8是用以固定和调整回转仪在自由轴上的相对位置的螺母。
【实验原理】
     所谓回转仪，就是绕几何对称轴高速旋转的边缘厚重的物体，它表现出一些奇妙而有趣的特征。常平架回转仪有保持自转轴方向恒定的特性，被用于飞机航空地平仪，船舶的稳定器和回转罗盘等，在实际中得到了广泛的应用。
均质的回转仪绕其几何对称轴OO′高速转动，其角动量可表示为
，
为自转角速度，回转仪的转动轴可以相对支架的方位充份自由的选择，而回转仪仅受轴承与空气阻力矩的作用。由于轴承光滑，在不太长的时间内，阻力的冲量矩和回转仪的角动量相比是很小的，可近似认为角动量
守恒，矢量
方向不变表现为转轴方向不变，
大小不变表现为回转仪的恒定角速率转动。
【实验操作与现象】
1．让回转仪4低速旋转，随意改变内环3和外环2转轴的方位，注意观察回转仪4的转轴方向也跟着改变，不出现回转仪的定轴现象，为什么？
2．由于回转仪的转子是用线绳驱动的，所以将细线穿过回转仪4轴上的孔7 中，在绳的一端系一硬结后拉紧此线，并将此线绕在回转仪4的转轴上。用力拉动线线，使转轴OO高速旋转，然后利用把手5改变活动机座与水平面的角度。可以看出不管角度改变多大，常平架回转仪的转轴OO′在空间的方向始终不变。
【注意事项】
1．由于回转仪较重，操作时要谨慎，以免伤着自己。