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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