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小小的陀螺为什么能长时间转动不倒呢?

2020-01-02 发布于 克东便民网
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陀螺在旋转的时候,不但围绕本身的轴线转动,而且还围绕一个垂直轴作锥形运动。也就是说,陀螺一面围绕本身的轴线作自转,一面围绕垂直轴作进动。也即陀螺并非垂直立于地面之上,而是对地面法线有一定的偏离,向地面有一些倾斜。所以重力对陀螺的力矩不为零,而陀螺的进动角动量可以平衡重力矩的作用,所以陀螺在旋转时不会倒向地面。
陀螺围绕自身轴线作自转的快慢,决定着陀螺摆动角的大小。转得越慢,摆动角越大,稳定性越差;转得越快,摆动角越小,因而稳定性也就越好。
利用高速旋转来保持稳定的这种陀螺原理,其实已经被广泛地应用于我们的工作和生活之中。比如,美丽的芭蕾舞演员在台上表演的时候,她总是用脚尖像陀螺那样不停地旋转,否则,演员根本不可能用脚尖长久支撑高大的身躯,也不可能保持自身的平衡。
具有空中芭蕾之称在悬空的钢丝上行走自如或骑车表演的演员,通常必须手握一根具有良好弹性的长杆,或者双手各执一种物件,以保持动态平衡。如果走钢丝的演员两手空空,就很难像在地上那样行走自如。
陀螺已经不单单是作为玩具这么简单了,它的重要性在于:科学家根据陀螺的力学特性研发了一种科学仪器-陀螺仪,广泛运用于科研、军事技术等领域中。
当飞机或导弹出现重心偏移的时候,陀螺仪就会迅速将偏移信息传送给水平舵或垂直舵,调整俯仰或平飞姿态,使之正确地向接近。
陀螺仪是一种机械装置,其主要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子,转子装在一支架内;在通过转子中心轴XX1上加一内环架,那么陀螺仪就可环绕平面两轴作自由运动;然后,在内环架外加上一外环架;这个陀螺仪有两个平衡环,可以环绕平面三轴作自由运动,就是一个完整的太空陀螺仪。
陀螺仪原理:一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向,制造出来的东西就叫做陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力,使它快速旋转起来,一般能达到每分钟几十万转,可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。
19世纪初期,刚刚诞生的飞机并没有陀螺仪。飞机飞上天空,如果看不到地平线是找不到水平参考物的。飞机遇到气流,机身会颠簸,姿态很难掌控,很容易坠机。
如何找到空中参照物,掌握飞行姿态,保障飞机安全这个问题迫切需要解决,人们就想到了陀螺仪。
飞机陀螺仪表盘的度数就是飞机盘旋过程中的倾斜角度,角度越大,飞机盘旋的半径越小,速度越快。飞机的倾斜角度就是陀螺仪中陀螺的轴向和飞机倾斜方向的夹角。陀螺仪还能帮助机长找回机身平衡姿态,这就是陀螺仪被称为平衡神器的奥秘。
除了机械陀螺仪,现在更多用到的是振动陀螺仪、光学陀螺仪。陀螺仪在身边用途非常广泛。除了测量飞行姿态,只要是测量运动中的角度,并需要进行平衡校正的都用到了陀螺仪。比如我们熟悉的手持稳定器、手机体感游戏、平衡车、VR眼镜里都有陀螺仪。陀螺仪给我们的生活带来了极大的便利和乐趣。
日常生活中很多好玩的东西里面都有大道理,很多东西都有相关性,希望大家玩的时候也能好好琢磨。


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