玩具陀螺为什么可以旋转不倒 陀螺玩具的原理是什么

知无涯
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摘要:陀螺玩具能在地上旋转不倒,用鞭绳抽后能旋转更长时间,它之所以能这样,是因为陀螺在旋转时会进行绕中轴的自转和中轴绕垂线的反向圆锥运动两种运动,陀螺的进动角动量可以平衡重力矩的作用,所以旋转时不会倒向地面。一般普通陀螺一次性能旋转几分钟左右,不断抽打的话能旋转更长时间,还有一些内置电机的机械陀螺,能旋转更长时间。下面一起来了解一下陀螺的原理吧。

一、玩具陀螺为什么可以旋转不倒

陀螺玩具很多人都玩过,放在地上抽打能旋转很长时间而不倒下,很有意思,不过大家对于陀螺为什么不倒可能不太了解,那么陀螺玩具的原理是什么呢?

旋转的陀螺不倒是离心力抗衡重力矩运动,不论陀螺是左旋还是右旋,只要进动与自转的角速度差的平方,大于陀螺的重力就能维持力平衡运动不倒。

陀螺在旋转时,由两个运动合成:绕中轴的自转和中轴绕垂线的反向圆锥运动,即既会围绕本身的轴线转动,同时还围绕一个垂直轴作锥形运动,因此陀螺旋转时并不是像看起来一样垂直立于地面上的,而是对地面法线有一定的偏离,向地面有一些倾斜,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。

二、陀螺玩具能转多久

在玩玩具陀螺的时候,施力后陀螺会在地面上不停旋转,通过抽打还能让它旋转的时间更长,那么陀螺能转多久呢?

陀螺玩具要持续转动,对它的自平衡能力要求是很高的,在没有外力作用的情况下,需要陀螺自行抵消各种摩擦、角度、速度不当等问题,一点点不到位都会使陀螺迅速失去平衡结束旋转。

因此,一般来说,普通的陀螺一次性旋转5分钟左右就比较牛了,抽打施加外力的话,能旋转的时间更长;不过也有部分陀螺能一次性旋转更长时间,一款内置有电机推动的机械陀螺能持续旋转27 小时,可以说是非常能转了。

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