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旋转着的陀螺为什么不会倒

查字典物理网 2020-08-27

陀螺不会倒的原因

当陀螺垂直旋转或者倾斜着旋转时,为什么不会倒下来?虽然很多人小时候都玩过陀螺,却不一定知道这个问题的正确答案。陀螺是依靠什么力量,才得以维持这样一个看似很不稳定的状态的?难道是重力对它不起作用?

其实,这是一种力与力的相互作用,其作用原理非常有趣。陀螺理论非常复杂,所以在这里我们不进行深入分析,而只对旋转着的陀螺为什么不会倒的原因做一些研究。

如下图所示,陀螺正沿着箭头所指的方向进行高速旋转。请大家注意看标有字母A和B的部分,B位于A 的对面。

旋转着的陀螺为什么不会倒1

此时,A部分正在离我们远去,B部分正在向我们靠近。下面,我们试着改变一下陀螺的轴的方位,让它向你身体这一侧倾倒,AB两部分的运动会产生什么变化呢?仔细观察可以发现:这个使陀螺倾倒的力量使得A部分变为向上运动,这时,B部分变为向下运动。AB两部分都得到了一个推力,这个推力与陀螺本来的运动方向成直角。因为陀螺在高速旋转,它的圆周速度非常大,而我们用来改变陀螺轴方向的推力产生的速度却很小。这样一个小速度和一个大圆周速度相互作用,最终产生的速度结果自然跟这个大的圆周速度相差无几,所以陀螺的运动几乎没有发生改变。由此我们就明白旋转着的陀螺为什么不会倒的原因了——因为想把陀螺推倒的力量会受到陀螺本身的“抵抗”,而且陀螺越大,它旋转的速度就越快,就越能抵抗住试图推倒它的力量。

陀螺旋转的惯性定律

这个原理与惯性定律密切相关。陀螺在高速旋转时,它的每一部分都在沿着一个圆周旋转,而这个圆周处在跟陀螺旋转轴相垂直的平面上。按照惯性定律,陀螺的每一部分都沿着圆周的一条切线试图离开圆周,但是由于所有的切线与圆周本身都处在同一个平面上,所以陀螺的每一部分在运动的时候,都努力使自己停留在这个与旋转轴相垂直的平面上。由此我们可以发现:在陀螺上,与旋转轴垂直的所有平面,都在竭力维持自己的空间位置。也就是说,与所有平面相垂直的旋转轴也都在努力保持自己的方向。

旋转着的陀螺为什么不会倒2

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