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我们可以根据重力来确定什么方向是上方，但就像你们都很清楚的，当你们沿曲线运动的时候表观重力就要偏离一个角度，这是不容易核对的。但是长时间的平均，重力是 在确定的方向上——除非飞机最终上下颠倒地结束飞行（见图4-3）。
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图4-3 飞机转弯时的表观重力
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好了，现在考虑一下如果我们在图4-1所示的常平架上陀螺的A 点施加一个重力，然后使陀螺绕它的垂直轴自转，A 在下面。当飞机水平笔直飞行时，重力垂直向下作用，倾向于保持自转轴垂直。飞机转弯的时候，重力力图将转轴拉离它的垂直位置，但陀螺通过进动予以抗拒，转轴只是很慢地偏离垂直方向。终于飞机停止做特技动作，重力重又指向正下方。长时间来看，重力倾向于使陀螺转轴的方向沿着地球引力的方向，这很像将定向陀螺仪和磁罗盘相比较，除了大约每一个小时要做一次校正以外，在整个飞行过程中还要不断地校正，所以不管陀螺具有非常缓慢漂移的倾向，在长时间内它的方向始终维持地球引力的平均 效应。很自然，陀螺漂移得慢，有效地取平均值的时间周期就更长，仪器就能更好地适用于更为复杂的飞行特技，飞机并非不常做使重力偏离达到半分钟的特技飞行的，如果平均周期只有半分钟，人工地平仪就不能发挥正确的作用。
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我刚才描述的器件——人工地平仪和定向陀螺仪——是用于引导飞机自动驾驶仪的器械。从这种器件获得的信息用来操控飞机，使沿确定的方向飞行。例如，如果飞机偏离定向陀螺仪的轴线，电接触点的离合通过许多器件的作用，结果牵动飞机的一些襟翼，操控飞机回到航线上来。自动驾驶仪的心脏部分就是这种陀螺仪。
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4-4 船舶稳定陀螺仪
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另一陀螺仪有趣的应用是稳定船只，它今天不再使用但曾经被提议并且制造出来。当然，每个人都认为这只是一个固定在船里面装在轴上旋转的巨大飞轮，但这是不对的。假如你把自转轴垂直安放，有一个力将船的前部推向上，其净效应使陀螺向一边进动，船就要翻覆——所以这是不行的！只靠陀螺仪本身是不能使任何东西稳定的。
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如果不只是说明惯性导航所依据的原理，该做些什么。诀窍在于：在船的某个地方装一台很小的但很精巧的主 陀螺仪，它的轴可以垂直安放。当船滚动略微偏离垂直的瞬间，主陀螺仪的电接触器操控一台巨大的从动 陀螺，这是用来稳定船舶用的——这可能是已经造成的最大的陀螺（见图4-4）！通常，从动陀螺的轴保持垂直，但它是装在常平架上的，所以它可以绕着船上下颠簸的轴旋转。如果船开始左右滚动[2] ，那么为了使它改正，从动陀螺就向前或向后急转，——你知道陀螺总是很顽固并向相反的方向走。绕颠簸的轴突然转动产生一个相对于滚动轴的转矩，它和船的滚动方向相反。船的颠簸 不能用这种陀螺校正，当然大船的颠簸是比较小的。
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图4-4 船舶稳定陀螺仪：将陀螺向前推动，产生使船向左滚动的转矩
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4-5 回旋罗盘
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现在我要讲船上用的另一种装置——“回旋罗盘”。它与总是要偏离北极并且必须定期调整的定向罗盘不同，回旋罗盘实际上追踪北极——事实上它比磁罗盘更好，它指向真正 的北极，地球自转轴的意义上的北极。它的工作原理是这样：假设我们从北极上面看地球，地球反时针方向旋转，我们在某处安装一个陀螺仪，譬如在赤道，它的转轴指向东西方向，平行于赤道，如图4-5（a）所示。目前我们以理想的自由陀螺为例，它装在许多常平架和架子上。（可能放在浮在油里面的球体中——无论你要怎样都可以，只要使它没有摩擦。）六个小时以后，陀螺仪仍旧指向绝对相同的方向（因为没有摩擦力产生的转矩），但是如果我们在赤道上站在它的旁边，我们会看到它慢慢地翻转：六个小时后它就直指向正上方，如图4-5（c）所示。
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图4-5 自由转动的陀螺，地球保持它在空间的方向
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现在我们把一个重物放在陀螺仪上，如图4-6所示，想象一下会发生什么状况；重量使陀螺的自转轴始终保持垂直于引力的方向。
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图4-6 演示带有重物的陀螺要保持它的自转轴垂直于引力
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当地球自转时，重物被举起来。重物当然要返回到下面的位置，这就产生一个平行于地球转动轴的转矩，这使陀螺转到和每样东西都成直角的方位；在这特殊的情况中，如果你把它算出来，这意味着不是将重物举起来而陀螺要转向，使轴转向北极，如图4-7所示。
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图4-7 带有重物的回旋螺盘会使它的转轴平行于地球的自转轴
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现在假设陀螺的轴最终指向了北极，它一直保持这样状态吗？如果我们画出转轴指向北极的相同的图，如4-8图中所画的那样，在地球自转的时候，臂绕着陀螺的转轴摇摆并且重物一直在下面；没有因重物被提升产生的转矩，以后转轴仍旧指向北极。
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