Tìm hiểu về con quay hồi chuyển và ứng dụng của nó trên thiết bị di động

Thảo luận trong 'Khoa học' bắt đầu bởi uit.edu, 11/2/13.

  1. uit.edu

    uit.edu Moderator

    Gyroscope_Final_by_xxtjxx.

    Có lẽ mọi người thường hay thắc mắc khi gặp thuật ngữ “con quay hồi chuyển” (gyroscope) trong thông số kĩ thuật của nhiều thiết bị di động. Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về Con quay hồi chuyển là gì, đặc điểm, nguyên lí hoạt động và ứng dụng của nó trong các thiết bị di động hiện nay.

    Con quay hồi chuyển là gì?

    Nhiều người sẽ phải bối rối khi lần đầu nhìn thấy con quay hồi chuyển, vì nó dường như chuyển động theo cách chống lại trọng lực. Tính chất đặc biệt này của con quay hồi chuyển giúp nó trở nên rất quan trọng trong thực tế, từ những thứ đơn giản như xe đạp cho đến những thứ phức tạp như Hệ thống dẫn đường tiên tiến trên tàu con thoi đều ứng dụng đặc tính của con quay hồi chuyển. Theo định nghĩa vật lí, con quay hồi chuyển là một thiết bị dùng để đo đạc hoặc duy trì phương hướng, dựa trên các nguyên tắc bảo toàn mô men động lượng. Thực chất, con quay cơ học là một bánh xe hay đĩa quay với các trục quay tự do theo mọi hướng. Phương hướng này thay đổi nhiều hay ít tùy thuộc vào mô men xoắn bên ngoài hơn là liên quan đến con quay có vận tốc cao mà không cần mô men động lượng lớn. Vì mô men xoắn được tối thiểu hóa bởi việc gắn kết thiết bị trong các khớp vạn năng (gimbal), hướng của nó duy trì gần như cố định bất kể so với bất kỳ chuyển động nào của vật thể mà nó tựa lên.”


    Nguyên lí hoạt động:

    Con quay hồi chuyển đặc trưng bởi một số ứng xử như tiến động và chương động. Nếu bạn đã từng chơi đồ chơi ứng dụng con quay hồi chuyển, như Yo-yo, con quay,… chẳng hạn, chắc hẳn bạn sẽ hứng thú với việc nó có thể giữ thăng bằng trên dây hoặc trên ngón tay, chống lại chuyển động quanh trục quay một cách rất lạ, nhưng hiệu ứng đặc biệt nhất trên con quay hồi chuyển chính là Tiến động. Mời các bạn xem video clip dưới đây để dễ hình dung về Tiến động nếu bạn chưa từng được chứng kiến.

    Gyroscope Precession
    Phần thú vị nhất của video chính là lúc bánh xe đạp treo lơ lửng trên không. Đó chính là Tiến động. Bánh xe đạp dường như có khả năng chống lại trọng lực! Lấy ví dụ trên bánh xe đạp, treo lên trần bằng 1 sợi dây thừng buột ở 1 đầu trục quay bánh xe, hiện tượng Tiến động xảy ra như sau:
    • Xét riêng bánh xe đạp, bánh xe chuyển động quanh trục của nó với lực F hướng xuống và momen xoắn (torque) hướng ra theo hướng trục quay, vuông góc với lực F. Lực F tác động càng lớn, momen động lượng (angular momentum) càng lớn theo phương của momen xoắn.
    1.JPG
    • Xét cả hệ bánh xe và dây thừng, lực tác dụng trong trường hợp này là trọng lực, momen xoắn tác dụng lên trục bánh xe tạo ra momen động lượng vuông góc, khi ta buông tay ra, cả hệ bánh xe sẽ đánh võng để đi về trạng thái cân bằng (do ma sát).
    Untitled-1.
    • Xét cả hệ bánh xe và dây thừng, khi ta quay bánh xe bành tác động 1 lực nhẹ để tạo momen xoắn theo hướng vuông góc với momen động lượng, bánh xe sẽ chuyển động như lơ lửng trên không.
    2.JPG

    Chơi đánh quay và con quay của Việt Nam (miền Bắc gọi là Cù):

    Đánh quay, còn gọi là đánh cù hoặc đánh gụ hay dụ, là một trò chơi dân gian phổ biến ở hầu hết các sắc tộc của Việt nam. Con quay: thường được làm bằng gỗ tốt, bền, thường là gỗ xoan; hoặc thứ gỗ gì dễ đẽo gọt. Con quay có cấu tạo gồm 3 phần chủ yếu là thân, đinh quay và mấu để quấn dây. Dây quay được làm từ sợi có độ bền cao (sợi bện, dây đay, dây len, dây gai hoặc dây bằng vật liệu tổng hợp...) để có thể sử dụng lâu dài; chiều dài và kích thước của dây phù hợp với sải tay của người chơi cũng như kích thước con quay. Cách chơi khá đơn giản, chỉ cần quấn chặt dây quay vào con quay bắt đầu từ điểm mấu quấn dây tiếp xúc với thân quay theo vòng rộng dần. Người chơi giữ chặt đầu dây còn lại (hoặc quấn vào ngón tay) để bổ con quay, nghĩa là lăng cho con quay văng ra và thường kết hợp với lực giật đầu dây đang giữ để con quay quay được nhiều vòng hơn. Luật chơi đánh quay cũng đơn giản luôn, những người tham gia theo hiệu lệnh cùng bổ con quay xuống mặt sân, con quay của ai quay được lâu nhất thì coi là thắng cuộc. Ngoài ra còn có một số luật chơi khác, nếu quan tâm các bạn có thể xem thêm tại vi.wikipedia.

    800px-VietnameseTop.JPG
    Cù chuối
    Video trẻ em chơi đánh quay
    Ứng dụng vào trong các thiết bị di động:

    Con quay hồi chuyển được dùng kết hợp với gia tốc kế trong các thiết bị di động hiện đại ngày nay, đặc biệt là điện thoại thông minh và máy tính bảng. Gia tốc kế hỗ trợ việc tính toán gia tốc tuyến tính tương đối so với khung tham chiếu – hệ qui chiếu (frame of reference). Nó dùng để nhận biết thiết bị đang nằm ngang hay đang đứng, từ đó điều chỉnh khung hình thành chế độ portrait hoặc landscape và áp dụng vào các trò chơi cần cảm biến chuyển động như đua xe hoặc các trò chơi tương tác ảo (Wii).

    Vậy tại sao chúng ta phải cần đến con quay hồi chuyển?

    Gia tốc kế chỉ có thể đo được gia tốc tuyến tính của thiết bị, trong khi con quay hồi chuyển có thể nhận biết được hướng của thiết bị, hệ thống có thể dễ dàng ghi nhận những chuyển động theo cả phương ngang hoặc phương thẳng đứng. Vậy nên con quay hồi chuyển được ứng dụng rất nhiều vào các phần mềm cần đến khả năng điều hướng, đặc biệt là các game trên các thiết bị di động. Lấy ví dụ một game hành động bắn súng, ứng dụng gia tốc kế, chúng ta có thể để cho nhận vật chạy nhanh bằng cách nghiên thiết bị về phía trước, dừng lại bằng cách lật thiết bị về phía sau. Tuy nhiên nếu không có con quay hồi chuyển, người chơi lại phải sử dụng 4 nút điều hướng cảm ứng như trên các game hệ console để điều chỉnh hướng chạy của nhận vật, điều này hết sức phiền toái, vì dĩ nhiên phím cảm ứng không thể nhạy và dễ điều khiển như phím cứng trên tay cầm. Với con quay hồi chuyển, người lập trình có thể cho nhân vật đổi hướng di chuyển bằng cách nghiên thiết bị theo hướng mong muốn, hết sức đơn giản, và vì vậy mà người chơi có thể rảnh tay thực hiện các thao tác như kéo thả, hoặc chọn để bắn.


    Ngoài ứng dụng trong các trò chơi điện tử, con quay hồi chuyển còn được dùng kết hợp với gia tốc kế trong la bàn điện tử ở các thiết bị di động. Với sự kết hợp này, chúng ta có chiếc la bàn có độ nhạy và chính xác cao, lại không bị phụ thuộc vào từ trường xung quanh. Dĩ nhiên trước khi sử dụng, chúng ta phải thực hiện thao tác gọi là “calibrate” – căn chỉnh để điều hướng cho thiết bị.

    Maps.

    Trong các thiết bị di động, dĩ nhiên chúng ta không thể tích hợp được con quay hồi chuyển cơ học vào, thay vào đó, chúng ta dùng thiết bị gọi là MEMS (MicroElectroMechanical System – Hệ thống vi cơ điện tử), gần tương tự như system-on-chip ngày nay, mô phỏng chính xác hoạt động của các thiết bị cơ học trong một con chip nhỏ gọn duy nhất, với kích cỡ chỉ vài micromet. Con quay MEMS được tìm thấy trên các thiết bị sử dụng điện, laser vòng trạng thái rắn, con quay sợi quang học, và con quay lượng tử siêu nhạy.

    pr_p3005_hd.

    Trước đây với iPhone 2G các bạn cũng có thể chơi đua xe kiểu cầm máy xoay xoay lắc lắc được, nhưng nó sử dụng gia tốc kế (accelerometer). Con quay hồi chuyển được tích hợp vào điện thoại di động sớm nhất ở iPhone 4, sau đó lần lượt các thiết bị Android cũng được tích hợp con quay này sau khi Google ra mắt Nexus S chạy Android 2.3

    Steve Jobs giới thiệu về iPhone 4 và con quay hồi chuyển tích hợp
    Cảm ơn bạn minhtienbk đã đóng góp ý kiến, mình xin phép trích bài của bạn để mọi người đọc:
    ===================================================================
    Cám ơn bạn tannguyenradio , do mình nhầm lẫn. Gyroscope chỉ được dùng trong các hệ thống định vị quán tính khi la bàn từ tính không còn tác dụng như trên các hệ kính thiên văn ngoài không gian (kính thiên văn Hubble,...), tên lửa dẫn đường,...

    Và như vậy là gyroscope ko có tác dụng trong la bàn điện tử của smartphone. Và la bàn trong smartphone là la bàn từ tính, sử dụng cảm biến từ.

    Hỗ trợ tài liệu nhatminh01, tham khảo thêm các nguồn:
    Fundamentals of Physics​
    (9th Edition, Extended, Author: Halliday and Resnick)​

    qb_lb, ThanhTrung0801, TMLOVETM145 người khác thích nội dung này.
  2. suon_ram

    suon_ram Thành viên

    Điện thoại giờ dùng nó là đa số.

  3. vitcon0nline299

    vitcon0nline299 Thành viên

    SJ huyền thoại mở đầu trào lưu đưa con quay vào ứng dụng trong sp tạo đột phá cho ngành công nghiệp di động:)

    Sent from my GT-I9300 using Tinhte.vn

    erik107, Boyzvupro, tjenkute3 người khác thích nội dung này.
  4. zodanh2102

    zodanh2102 Thành viên

    Apple tiên phong :cool:

    Send from galaxy deplao using tinhte.vn & www.nghebot.com

    iph0ne thích nội dung này.
  5. onlinetv233

    onlinetv233 Thành viên

    có cái này chơi game thấy cũng tạm đc

    Sent from my LG-F120L using Tinhte.vn

  6. suquayve

    suquayve Thành viên

    Bây giờ mới hiểu rõ... tinh tế cần có những bài viết như thế này chứ không phải những bài viết chẳng liên quan gì đến công nghệ...

    Sent from my GT-I9300 using Tinhte.vn

    qb_lb, dinuvubon, __D@rk_VIP__11 người khác thích nội dung này.
  7. Napoleon_9x

    Napoleon_9x Thành viên

    phải công nhận rõ ràng và chi tết. . . .

  8. Rabbit Honey

    Rabbit Honey Thành viên

    hay

  9. prin77

    prin77 Thành viên

    dài quá sao nhiều người đọc và hiểu nhanh quá vậy,mình đọc mới một nữa đã thấy rối

  10. neomilanista

    neomilanista Thành viên

    biết thêm 1 cái :)

    Sent from my LG-LU6200 using Tinhte.vn

  11. sinhviendlld

    sinhviendlld Thành viên

    Thích cái clip trẻ con chơi đánh quay.
    có mấy quả bụp phát trúng, phục thật.

  12. kenny81_hp

    kenny81_hp Thành viên

    Fan nào cũng vơ hết vào mình, khổ thế đấy, cái này phải nói là Viettel đi tiên phong

    hhhh1111 thích nội dung này.
  13. changtraibd0502

    changtraibd0502 Thành viên

    cái này hay thật, ở Việt Nam có mấy trò chơi con quay như zôzô mà chơi mãi không được, tôi cũng từng xem video trên youtube sử dụng từ trường nâng vật thể lơ lửng cũng rất hay.

  14. congthieu

    congthieu Thành viên

    Có ai biết game mà SJ chơi là j ko

    YPMVSTAFF thích nội dung này.
  15. quyetchien30787

    quyetchien30787 Thành viên

    anh em nào đã từng đánh cù.......dơ tay nào....trò này vui,,,,,,,quay mệt thì nghỉ

  16. joedalton

    joedalton Thành viên

    Tây nó ứng dụng con quay hồi chuyển vào máy bay, tàu vũ trụ
    VN mình ứng dụng vào làm cù :D
    Và VN mình vẫn tụt hậu :(

    YPMVSTAFF, Boyzvupro, businessman2 người khác thích nội dung này.
  17. helizus

    helizus Thành viên

    Thông tin này không chính xác, HTC Touch HD và nhiều dt khác đã có từ lâu rồi, iphone 4 chỉ giới thiệu cái gọi là new gyroscope thôi.

    businessman, KenzDK, datgach2 người khác thích nội dung này.
  18. nhokon_90

    nhokon_90 Thành viên

    hay,giờ có thêm 1 kiến thức mới

  19. xmen533

    xmen533 Thành viên

    Tinh tế kà diễn đàn khoa học công nghệ cơ mà. :D
    Trước giờ có thấy TT post bài nào không liên quan đến KH-CN đâu :D

    v.m.quangtjenkute thích nội dung này.
  20. Cuong Nb

    Cuong Nb Thành viên

    Cái này là con quay hồi chuyển!!! còn Quay Tay thì lại là một thành ngữ khác???/// :D :p

    quangtoan8910hieuphan06071985 thích nội dung này.

Chia sẻ trang này