为什么旋转的陀螺能直立不倒
小朋友们,你们玩过陀螺吗?他们圆圆的尖尖的是不是很炫酷,用鞭子抽打,它还会旋转个不停,非常的有趣好玩。小朋友们,你们想过为什么旋转的陀螺能直立不倒吗?其中的原因是什么呢?相信许多朋友们都不太了解,下面就小编来给大家解答一下疑惑吧。
根据出土的石器推断,陀螺已有5000年以上的历史,可算是最古老的民间玩具了。陀螺是个一头粗一头尖的轴对称物体。将陀螺的尖端支在地上,因为重心在支点的上方,手一松就立刻倒下。如果绕上细绳急甩出去,使它在地上旋转,再用鞭子抽打使它旋转不停,陀螺就能稳稳当当地直立不倒。可见,陀螺的神奇活力就来源于它的旋转运动。
根据惯性原可以推断:如果没有外力的干扰,绕一根轴旋转物体的旋转轴就会在空间中保持方向不变。这个结论从我们居住的地球就能得到证实。地球绕贯穿南北极的轴不停地旋转,旋转轴就总是指向北极星方向。旋转中的陀螺如果没有受到干扰,旋转轴也能永久保持直立,但干扰总是不可避免的。当陀螺受到干扰之后,旋转轴偏离了垂直轴时,陀螺的重力与地面对尖端的支持力就不在同一条直线上。如果物体不旋转,重力对支承点的力矩就促使物体朝力矩的作用方向倾倒。但它无法使旋转中的物体倾倒。因为旋转运动的惯性,力矩的作用只能使旋转轴朝水平方向偏转。在持续的力矩作用下,旋转轴就在空间中围绕垂直轴画出一个圆锥面,这种现象叫作陀螺的进动。陀螺转速很快时,旋转轴的偏转角度极小,圆锥运动几乎和绕垂直轴的旋转重合。如果停止抽打,陀螺的转速逐渐变缓时,就能清楚地观察到这种进动现象。转速愈小,扰动引起的偏转角度就愈大。待转速很慢时,陀螺就完全倒下了。
抖空竹是另一种传统的陀螺游戏。空竹分为单轮和双轮。双轮空竹两头都有圆盘对称安装,两边的重力矩方向相反互相抵消,空竹的旋转轴就能保持方向不变。抖双轮空竹的人可站在原地不动。单轮空竹只有一头装有圆盘,圆盘的重力矩使空竹产生进动。抖单轮空竹的人必须随着空竹在原地打转,空竹才不会从线上掉下来。
利用旋转运动的惯性使旋转轴保持方向不变,这一现象也在实际生活中得到应用。比如,让射出的枪弹或炮弹旋转,就能避免弹丸在飞行中翻筋斗,从而提高射击的精度。又如,太空中绕对称轴旋转的人造地球卫星可保持姿态稳定。中国的第一颗人造地球卫星&ld;东方红一号&rd;就是利用旋转达到稳定的自旋卫星。