陀螺儀的工作原理是什麼？它是如何被放置在手機中的？

看視頻時，不論是豎直擺放手機還是橫向擺放，畫面都會自動調整到适合的大小；玩遊戲時移動手機的位置可以實現意想不到的設計效果；拍照時即使手部輕微抖動，也不會影響畫質的清晰穩定。

想要實現上面這些功能就離不開我們手機中一個非常重要的組件-----陀螺儀。這個名字聽起來甚是熟悉，他不是以前火車上經常售賣的玩具嗎？那我們就從這個最經典的機械陀螺儀講起。

當我們拉動細線，讓中間的轉子快速轉動時，她的旋轉軸總是指向一個相對固定的方向，這一物理現象被稱為陀螺的定軸性，除此之外，陀螺還有一個神奇的特性，進動性。

即如果外界施加一個作用或者力矩在轉子的旋轉軸上，那麼旋轉軸并不會沿施力方向運動，而是順着轉子旋轉向前90度垂直于施力方向運動。

基于以上兩種特性，在陀螺的外面加上一個萬象支架就會發現，無論外圍的支架如何變化，高速旋轉的陀螺總是穩定不變的據西漢《西京雜記》記載，早在我國古代就出現過類似的“被中香爐”，無論外面的熏球如何滾動，裡面的香盂總會保持水平狀态。

在此之後，相當長的一段時間裡，陀螺儀隻是在生活中進行着簡單的應用。直到1850年，法國物理學家萊昂傅科正式提出了陀螺儀一詞，它才開始走進科學的視野。其中最早應用陀螺儀的便是航海領域。

我們就假設将一個陀螺儀放置在一艘輪船上來具體講解陀螺儀的工作原理。

第一種情況，船體發生了Roll搖晃，也就是桶滾，由于轉子和其旋轉軸具有較大慣性，隻要不直接施加扭矩，就會保持原有姿态，而外環軸可以靈活轉動，因此就會發生相對旋轉。

第二種情況，船體發生了Pitch搖晃，也就是俯仰。這時，相應方向上的内環軸會發生轉動，而内部的轉子和旋轉軸依舊會保持平衡。

第三種情況，船體發生了Yaw搖晃，也就是偏航。轉子旋轉軸兩端的連接頭就會發生相對旋轉。

綜上所述，在輪船發生同滾俯仰偏航時，陀螺儀就可以通過自身的調節，讓轉子和旋轉軸一直保持平衡，後來不僅僅是航海領域，航空航天以及軍事武器中都會使用以陀螺儀為核心的慣性制導系統。

現在随着物理學的不斷進步，陀螺儀的類型也越來越多，精度也日益提高，那麼回到開頭提到的手機陀螺儀，它到底長什麼樣子？又是如何放置在手機中的呢？

其實現在在電子産品中使用的并不是刻闆印象中的陀螺儀，而是一種和芯片形狀類似的微機電陀螺儀，它的工作原理也不再是角動量守恒，而是一種實際并不存在的力-----科裡奧利力。

我們可以通過一個簡單的實驗進行理解，兩位實驗者分别坐在支架的兩端，互相抛球，這時能夠輕松地接到對方的球，但是一旦支架旋轉起來，事情就變得不簡單了。以房間為參考系，球還是直直地抛出了，但是從實驗者的視角觀察球走的并不是直線，而是拐了一個彎。

如果将這種偏移歸結為一個外加力的作用，那麼這個力就是“科裡奧利力”。它和離心力一樣，并不是在慣性系中真實存在的力，而是慣性作用，在非慣性系内的體現。

那麼，微機電陀螺儀是如何利用科裡奧利力的呢？

首先給鏡像電容闆施加震蕩電壓，使質量塊被迫做徑向運動，緊接着，随着陀螺儀的旋轉，橫向的電容闆就可以測量科裡奧利力帶來的電容變化，又因為科裡奧利力與角速度成正比，所以通過電容變化就可以計算出角速度，當然，這還隻是一個軸向的運動變化，如果xyz軸都能顧及到，就能實現360度無死角測量的陀螺儀了。

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