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不轉動的陀螺掛在導讀好長時間了,我試一下
送交者: 粱遠聲 2014年11月02日13:57:18 於 [靈機一動] 發送悄悄話
不轉動的陀螺
假設陀螺體是很薄的圓盤,半徑為R,質量為m, 質地均勻。中軸
細長質地堅硬,但質量忽略不計。中軸底端和平面接觸的一點
為O點。O點到圓盤的距離是a。O點在一個小坑中,如果陀螺倒下,
中軸底端始終在小坑中。初始條件:陀螺直立,靜止不動,在t=0的
一刻,陀螺向某個方向有一個很小的傾角。求多長時間後,陀螺倒
在底端平面上
試解:
因圓盤半徑為R,O點到圓盤的距離是a,陀螺倒在底端平面上的那一刻,陀螺中軸與底端平面的夾角是 arctan(R/a),陀螺轉過的角度是 
          E = pi/2 - arctan(R/a)        (1)
當陀螺向下倒時,有兩個轉動。一個是陀螺重心圍繞O點轉動,一個是圓盤圍繞某個直徑的轉動。因為是聯動,這兩個轉動的角速度相同。所以總慣量是這兩個慣量之和
          I = ma^2 + mR^2/4              (2)
假設在t = t時,陀螺中軸轉過的角度是e, 此刻,陀螺所受的力矩是
          T = mga sin(e)                 (3)
又假定,此刻陀螺中軸的角速度是 
          w = de/dt                        (4)
我們有
         T = Idw/dt                        (5)
變形:
         T = I(dw/de)(de/dt)
         Tde = Iwdw
         mga sin(e)de = Iwdw
兩邊從0到e積分後有
         mga(1-cos(e)) = Iw^2/2
         (2mga(1-cos(e))/I)^0.5 = w = de/dt
         dt = de/[(2mga(1-cos(e))/I)^0.5]
         t = Int(0,E)[de/[(2mga(1-cos(e))/I)^0.5]]

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