為什么旋轉的陀螺能直立不倒
小朋友們,你們玩過陀螺嗎?他們圓圓的尖尖的是不是很炫酷,用鞭子抽打,它還會旋轉個不停,非常的有趣好玩。小朋友們,你們想過為什么旋轉的陀螺能直立不倒嗎?其中的原因是什么呢?相信許多朋友們都不太了解,下面就小編來給大家解答一下疑惑吧。
根據出土的石器推斷,陀螺已有5000年以上的歷史,可算是最古老的民間玩具了。陀螺是個一頭粗一頭尖的軸對稱物體。將陀螺的尖端支在地上,因為重心在支點的上方,手一松就立刻倒下。如果繞上細繩急甩出去,使它在地上旋轉,再用鞭子抽打使它旋轉不停,陀螺就能穩穩當當地直立不倒。可見,陀螺的神奇活力就來源于它的旋轉運動。
根據慣性原可以推斷:如果沒有外力的干擾,繞一根軸旋轉物體的旋轉軸就會在空間中保持方向不變。這個結論從我們居住的地球就能得到證實。地球繞貫穿南北極的軸不停地旋轉,旋轉軸就總是指向北極星方向。旋轉中的陀螺如果沒有受到干擾,旋轉軸也能永久保持直立,但干擾總是不可避免的。當陀螺受到干擾之后,旋轉軸偏離了垂直軸時,陀螺的重力與地面對尖端的支持力就不在同一條直線上。如果物體不旋轉,重力對支承點的力矩就促使物體朝力矩的作用方向傾倒。但它無法使旋轉中的物體傾倒。因為旋轉運動的慣性,力矩的作用只能使旋轉軸朝水平方向偏轉。在持續的力矩作用下,旋轉軸就在空間中圍繞垂直軸畫出一個圓錐面,這種現象叫作陀螺的進動。陀螺轉速很快時,旋轉軸的偏轉角度極小,圓錐運動幾乎和繞垂直軸的旋轉重合。如果停止抽打,陀螺的轉速逐漸變緩時,就能清楚地觀察到這種進動現象。轉速愈小,擾動引起的偏轉角度就愈大。待轉速很慢時,陀螺就完全倒下了。
抖空竹是另一種傳統的陀螺游戲。空竹分為單輪和雙輪。雙輪空竹兩頭都有圓盤對稱安裝,兩邊的重力矩方向相反互相抵消,空竹的旋轉軸就能保持方向不變。抖雙輪空竹的人可站在原地不動。單輪空竹只有一頭裝有圓盤,圓盤的重力矩使空竹產生進動。抖單輪空竹的人必須隨著空竹在原地打轉,空竹才不會從線上掉下來。
利用旋轉運動的慣性使旋轉軸保持方向不變,這一現象也在實際生活中得到應用。比如,讓射出的槍彈或炮彈旋轉,就能避免彈丸在飛行中翻筋斗,從而提高射擊的精度。又如,太空中繞對稱軸旋轉的人造地球衛星可保持姿態穩定。中國的第一顆人造地球衛星&ld;東方紅一號&rd;就是利用旋轉達到穩定的自旋衛星。