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陀螺為什麼能長時間轉動不倒?
怎樣讓陀螺轉起來
陀螺
小時候應該都玩過了吧
小編那時是經常玩!
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日本人做了一件事,在最有影響力的廣播電視機構NHK做了一期節目,讓大家做陀螺,兩兩進行比賽,看誰的陀螺轉的時間長。決賽時兩個陀螺轉了近16分鐘還沒停,我們能從中看出來日本強大的精細加工技術和軸承技術。
▲陀螺比賽實況
陀螺旋轉時不倒原理
陀螺在旋轉的時候,不但圍繞本身的軸線轉動,而且還圍繞一個垂直軸作錐形運動。也就是說,陀螺一面圍繞本身的軸線作“自轉”,一面圍繞垂直軸作“進動”。也即陀螺並非垂直立於地面之上,而是對地面法線有一定的偏離,向地面有一些傾斜。所以重力對陀螺的力矩不為零,而陀螺的進動角動量可以平衡重力矩的作用,所以陀螺在旋轉時不會倒向地面。
陀螺圍繞自身軸線作“自轉”的快慢,決定著陀螺擺動角的大小。轉得越慢,擺動角越大,穩定性越差;轉得越快,擺動角越小,因而穩定性也就越好。
利用高速旋轉來保持穩定的這種陀螺原理,其實已經被廣泛地應用於我們的工作和生活之中。比如,美麗的芭蕾舞演員在臺上表演的時候,她總是用腳尖像陀螺那樣不停地旋轉,否則,演員根本不可能用腳尖長久支撐高大的身軀,也不可能保持自身的平衡。
具有空中芭蕾之稱在懸空的鋼絲上行走自如或騎車表演的演員,通常必須手握一根具有良好彈性的長杆,或者雙手各執一種物件,以保持動態平衡。如果走鋼絲的演員兩手空空,就很難像在地上那樣行走自如。
陀螺已經不單單是作為玩具這麼簡單了,它的重要性在於:科學家根據陀螺的力學特性研發了一種科學儀器-陀螺儀,廣泛運用於科研、軍事技術等領域中。
當飛機或導彈出現重心偏移的時候,陀螺儀就會迅速將偏移資訊傳送給水平舵或垂直舵,調整俯仰或平飛姿態,使之正確地向接近。
陀螺儀是一種機械裝置,其主要部分是一個對旋轉軸以極高角速度旋轉的轉子,轉子裝在一支架內;在透過轉子中心軸XX1上加一內環架,那麼陀螺儀就可環繞平面兩軸作自由運動;然後,在內環架外加上一外環架;這個陀螺儀有兩個平衡環,可以環繞平面三軸作自由運動,就是一個完整的太空陀螺儀。
陀螺儀原理:一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時,是不會改變的。人們根據這個道理,用它來保持方向,製造出來的東西就叫做陀螺儀。陀螺儀在工作時要給它一個力,使它快速旋轉起來,一般能達到每分鐘幾十萬轉,可以工作很長時間。然後用多種方法讀取軸所指示的方向,並自動將資料訊號傳給控制系統。
陀螺儀為什麼會用在飛機上?
19世紀初期,剛剛誕生的飛機並沒有陀螺儀。飛機飛上天空,如果看不到地平線是找不到水平參考物的。飛機遇到氣流,機身會顛簸,姿態很難掌控,很容易墜機。
如何找到空中參照物,掌握飛行姿態,保障飛機安全這個問題迫切需要解決,人們就想到了陀螺儀。
飛機陀螺儀表盤的度數就是飛機盤旋過程中的傾斜角度,角度越大,飛機盤旋的半徑越小,速度越快。飛機的傾斜角度就是陀螺儀中陀螺的軸向和飛機傾斜方向的夾角。陀螺儀還能幫助機長找回機身平衡姿態,這就是陀螺儀被稱為平衡神器的奧秘。
除了機械陀螺儀,現在更多用到的是振動陀螺儀、光學陀螺儀。陀螺儀在身邊用途非常廣泛。除了測量飛行姿態,只要是測量運動中的角度,並需要進行平衡校正的都用到了陀螺儀。比如我們熟悉的手持穩定器、手機體感遊戲、平衡車、VR眼鏡裡都有陀螺儀。陀螺儀給我們的生活帶來了極大的便利和樂趣。
日常生活中很多好玩的東西里面都有大道理,很多東西都有相關性,希望大家玩的時候也能好好琢磨。
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