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陀螺方向穩定定性解釋1
送交者: 羽球飛 2008年01月14日21:37:11 於 [靈機一動] 發送悄悄話

高速轉動陀螺具有方向穩定性是否可以這樣解釋。

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。假設3維坐標系的原點與O點重合,
中軸底端接觸平面與XY平面重合。

假設陀螺以w的角速度逆時針自轉。我們期待陀螺中軸與Z軸重合。
但由於某種隨即原因,在t=0時,陀螺中軸與Z軸有一個很小的角度
u.這樣,陀螺圓盤就不是水平的了。假設陀螺圓盤的最低點A在XY
平面上的投影恰好與X軸重合。那麼陀螺圓盤的最高點B在XY平面上
的投影也與X軸重合。最高點B與最低點A的高度差是h.

在最高點,質點dm,沿逆時針移動到最低點,失去勢能dmgh,動能沒有
增加(轉速沒變)。這說明,質點對系統做了功(逆着重力方向)。

在最底點,質點dm,沿逆時針移動到最高點,獲得勢能dmgh,動能沒有
增加(轉速沒變)。這說明,系統質點對做了功(逆着重力方向)。

在最高點,質點dm,沿逆時針移動到最低點,質點給系統一個向上的舉
力。

在最底點,質點dm,沿逆時針移動到最高點,質點給系統一個向下的拉
力。

這樣陀螺中軸要向Y方向偏轉。從而形成進動。

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