陀螺仪保持不倒的物理学原理是什么?还有陀螺仪有哪些方面的应用?
陀螺仪不倒的原因在于陀螺在旋转 , 它有一个角动量 。因此 , 我们得到第一个结论1 。如果陀螺停止旋转 , 则陀螺会倒 。那么 , 一个不旋转的陀螺为什么会倒下呢?原因在于2 。重力的作用使得静止陀螺倒下 。有了以上两个基础知识 , 我们就可以来仔细说一下了 , 如果读者中有人学习过大学物理系的理论力学或者分析力学 , 那么 , 这个问题就很简单了 。
一个旋转的陀螺有一个角动量 , 这个角动量是一个矢量 , 如果陀螺倒下 , 这个角动量矢量的方向就发生了变化 。而需要改变这个角动量 , 需要一个力矩 。我们从基本的量纲分析就可以看出来 , 角动量对时间的导数等于力矩 。因此 , 我们要来看一下 , 重力的力矩对螺旋旋转的角动量是怎么影响的 。通过简单的数学分析就可以看出 , 重力的力矩能改变螺旋旋转的角动量的方向 , 使得整个陀螺发生进动 。
因此 , 我们可以看到 , 所有的陀螺在旋转时都会进动 。这是引力在起作用 , 但引力不能做功 。我们通常说的角动量守恒定律是指在没有外力矩的情况下 , 角动量对时间的导数等于零 。现在以陀螺为例 , 角动量不守恒 , 因为有重力力矩 , 所以角动量对时间的导数等于重力力矩 。只要学一点数学就能明白这一点 。但是重力力矩并不能使陀螺翻转 , 它只能改变角动量的方向 。
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