為什麼乙個陀螺能夠維持穩定旋轉而不倒?

時間 2021-05-05 15:47:33

1樓:ASTW

你大概想問的是,為什麼有重力作用,陀螺還是能穩定轉動,而沒有倒下吧?

剛體的運動分兩部分考慮,定點運動和轉動,這裡定點運動還是可以平衡的(重力,地面的支援力,平移到質心)

但是,也應該想,為什麼沒有被重力矩作用下翻倒呢?

我們現在考慮支點到質心這條線,它跟重力張成乙個平面,重力矩就垂直這個平面,可以證明,角動量在這個平面裡,帶來的結果,將會發現,角動量在旋轉,而且z分量不變,所以它不會變

2樓:楊櫻

我們先做一些假設

1.陀螺有旋轉對稱性,這意味著垂直於旋轉軸方向的角動量相等,並且重心在旋轉軸上。

2.陀螺可以繞過旋轉軸的一固定點自由旋轉,這樣重力勢能僅與章動角有關。

我們用尤拉角寫出動能和勢能,尤拉角就是這些角度

我們更習慣用下圖中的角度

得到三個主角動量的表示式

寫出拉格朗日量

得到兩個守恆的廣義動量

解出兩個角度隨時間的導數值代入總能量中,得到乙個有效勢

如果轉得足夠快,位於有效勢能最低點,陀螺就不會倒。

簡單計算可以得到,如果動能大於兩倍重力勢能,豎直旋轉是乙個穩定平衡位置。

對於傾斜的轉動,通過分析有效勢能也能得到章動角運動的區間,進而判斷運動是否穩定。

3樓:

因為離心力的方向與引力方向垂直,當發生傾斜時,傾斜一方的旋轉半徑增大,同樣速度下,離心力與半徑成反比,因此傾斜一方的離心力減小,而另一側離心力變大,陀螺就會反傾斜方向移動。隨著時間的推移,熵增加,速度逐漸消耗,向心力的變化不足以平衡重力在水平或垂直方向的分力時,傾倒就會發生。

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