Walk in the Spirit

先ほど、三軸修正の説明で、ジャイロコンパスを掲げたが、

これは、三軸修正の基本をなすような気がしたので、
解説文を掲げる、

東京計器HPから、
ジャイロコンパス

ジャイロコンパス　船上での正確な方位の把握：

外洋において方位を知ることは航海の基本であり、先人たちは星を頼りに航海しました。

現在、船上においての方位計測は、

• 天測(北極星や太陽による)
• 磁気コンパス
• 電子磁気コンパス
• ジャイロコンパス
• GPSコンパス

などがあります。

主として使用されているのはジャイロコンパスで、小型船舶から大型船舶まで広範囲に使用されています。

ジャイロコンパスはその【特長】として、

• 真方位を指示する。
• 他の機器に方位信号を連続出力できる。
• 装備位置を問わない。
• 船体磁気や外乱に対して強い。

等が上げられます。

原理：

ジャイロコンパスは“ジャイロスコープ”の特性と、地球の回転運動、重力の相互作用を応用したコンパスです。

ジャイロスコープとは、ある質量を持つ物体が、その固定点のまわりに回転しているものです。一般には、高速回転しているフライホイールがよくイメージされます。

方向保持性

ジャイロの回転軸は空間の一定方向を保持し続ける。

プレセッションの性質

回転軸に力を加えると普通の物体と異なり、力と直角な方向に軸の旋回が起こる。この旋回運動をプレセッション（Precession）といいます。

このジャイロスコープの持っている方向保持性は宇宙という空間に対してであり、地球上でコンパスとして使用するためには“指北作用”を持たせる機能が必要です。

つまり地球上で常に北を指したままでいるためには、その地点の地球の回転の割合(角速度)に等しい割合で、地球の自転と同方向にジャイロを回転させてやればよいわけです。

ジャイロコンパス／ Gyro compass

ジャイロコンパスとはジャイロスコープを利用したコンパス。

磁石の指極性のかわりに、高速回転するジャイロ（地球ゴマ）の性質を利用して、真北を表示する。 

フーコーの二つ目の発明：「ジャイロスコープ」

フーコーの考えたジャイロスコープは、振り子とは違ってコリオリの力とは離れますが、これもバランスをとる装置として重要な役割を果たしてきました。今一般にジャイロスコープといえば、これを応用したもののことを指します。

いわゆる地球ゴマで、地球の自転のように、軸が傾いた状態で回転を続け、重力がはたらいても倒れない「歳差運動」 （precession） をしています。

このように高速で回転している物体は、加えた力の方向には倒れないで、力に対して垂直な方向に回転軸が移動します。これをジャイロ効果といいます。

この場合コマは非常に安定しているので、コマを支えている外枠の部分が向きを変えれば、コマは元の向きを保つために軸の向きを変えます。（下図↓）

ジャイロスコープの非常に古典的なもの。回転軸が一定の方向で保たれている。

これを取り付けた飛行機や船舶が回転するとき、コマの軸の部分の角度の変化を調べれば、飛行機や船舶がどのような動きをしているかがわかります。

ジャイロコンパスとは（Yahoo知恵袋）

ジャイロコンパスとは、
三軸の自由なコマを高速回転させると方向指示せいが生まれる、
そこに地球の自転と重力が加わりプレセッションすることにより、
真北をさすコンパスの事、

簡単に言うと地球上なら何処でも真北を指すコンパスです。
(高緯度等の例外有り)

ジャイロコンパスの仕組みを教えて下さい。（Yahoo知恵袋）

ジャイロコンパスの原理は、
「高速で回転するコマの軸は、
（宇宙空間において）常に一定の方向を指す」です。

コマを高速回転させて最初に北を向けると、
外部から力が加わらない限りはずっと北を向き続けます。

注意点として、適当な向きであっても、
「自動的に北を指す」訳ではありません。

航海などで（地球上で）ジャイロを使用する場合には、
地球の自転に合わせてコマを回転させなければなりません。

それ以外の方向では、地球の自転により軸が変化し、
それにより地球上の方角を示すことは出来なくなってしまいます。
（ジャイロは常に宇宙の特定の場所を示し続ける為。）

ジャイロコンパスの指北原理を教えて下さい。（Yahoo知恵袋）

ジャイロスコープは、
質量を持つ物体（高速回転のフライホイールなど）を、
固定点のまわりに回転させる構造となっています。

高速回転するコマ、円盤は宇宙に対して一定した方向を指します。
地球は自転して居るのでこのコマの軸が一日周期で動くように見える。

ところがこの軸を地球自転軸に合わせると軸がぶれない。
これを自動で行う。

南北を間違えないように磁石も参照する。

速くまわっている対称なコマの運動

普通コマと言っているのは、じくがあって、そのまわりが対称にできています。こんなコマを勢い よくまわすと、どんな運動をするでしょうか？（下図）

このとき、コマはじくのまわりに勢いよくまわりながら、じくの方向は鉛直の方向のまわりにゆっくりと円錐運動をします。このじくの運動を「歳差運動」 （precession） といいますが、これからは「首ふり運動」ということにします。

自転車の車輪を使った地球ゴマの製作

(1.1図)のように横が自転車の車輪の直径よりも少し長くて、幅が車輪の幅と同じぐらいの木のわくをこしらえます。これに車輪をはめこむ。これを上からつるした横木にかける。横木は鉛直軸のまわりに自由に回転できる。車輪をはめた木のわくは水平軸のまわりに回転できる。このようにすると車輪の軸は空間のどちらの方向にも向くことができて、大きな地球ゴマができあがる。

（1.2図）のように車軸の端におもりをつるしてみる。車輪が回転していなければ軸はおもりの方へかたむくが、車輪を回しておくと、軸はおもりの方向にかたむかないで、水平に動く。このようにして、車綸が回っていると軸を傾けようとする方向とは直角に動くことをこどもたちに実感させる。

コマの首ふり運動（歳差運動）

別の自転車の車輪にアルミのパイプをつけてコマをつくる。軸を鉛直線からかたむけて台の上で回転 させるときれいな首振り運動をする（1.3図）。重力によって軸が倒れようとしても（1.2図）の実験から軸の先は水平に水平にと動いて首振り運動をする。

さらに、軸を倒す力がはたらかないときは、首を振らないことを説明するために（1.4図）のようなコマをつくる。プラスチックの大きなじょうごに先のとがった木の丸い棒をさしこむ。

これを台の上で回してやると首をふらない。支点が重心となっていて倒す力がないからである。つぎに、棒の先端部にゴムバンドをまきつけてやると バランスがやぶれて首ふり運動をする。