陀螺旋转为什么能立起来陀螺静止时不能立起来,是因为陀螺本身的重力与支点的支持力成为平衡力,或说陀螺的重心不能刚好落在支点,总是稍...
陀螺旋转为什么能立起来
当它旋转时,虽然也会产生“陀螺的重心不能刚好落在支点”,从而向偏重的一侧倾倒,但由于惯性,陀螺不会马上倒下,需要一定的时间,在这个时间里,陀螺偏重的一侧已经旋转到另外一侧,也就纠正了它稍有倾倒的姿势,就这样陀螺不会倒下。
旋转的陀螺有个“进动”原理。绕竖直轴进动,是旋转的陀螺不倒的根本原因。
为何陀螺转动时可长时直立?
转动惯量,即旋转有一个稳定的原因,摩擦、陀螺仪结的结构及其工作特性。由于顶部的尖端是近似球形的,当顶部在旋转的同时向侧面倾斜时,尖端的球形表面的侧面将与支撑表面接触和摩擦,这将导致顶部的尖端在倾斜的方向上移动。证据:长腿陀螺仪可以在相对粗糙的表面上平稳地旋转,但是它们会在光滑的玻璃表面上不停地跳动以获得更多的摩擦力。如果润滑油涂在玻璃表面上,它将不能顺利运行,而且会更加困难。
当陀螺旋转时,它不仅绕着自己的轴旋转,还绕着垂直轴,做圆锥运动。也就是说,顶部围绕其轴“旋转”,围绕其垂直轴“进动”。也就是说,顶部不垂直于地面,但与地面的法线有一定的偏差,并与地面有一定的倾斜度。因此,陀螺仪的重力力矩不为零,陀螺仪的进动角动量可以平衡重力矩的影响,所以陀螺仪旋转时不会落地。
至于静止不动,我认为是因为质心不在中轴上。质心偏离几何中心,当陀螺低速旋转时,很明显陀螺是向下倾斜的,因为实际上,由于质心的偏离,重力距离不是0,角动量会减小,动能会减小,而这种减小就是重力做功。也就是说,高度下降了。这也是为什么在现实生活中,陀螺仪会从高速下降到低速,最后停下来。
利用高速旋转来保持稳定性的陀螺原理实际上已经广泛应用于我们的工作和生活中,例如当一个美丽的芭蕾舞演员在舞台上表演时。她总是像陀螺一样旋转她的脚趾,否则,舞蹈演员无法长时间用脚趾支撑她高大的身体或保持平衡。陀螺仪不再只是玩具,它们的重要性在于,科学家们根据其机械特性开发了一种科学仪器——陀螺仪,广泛应用于科学研究、军事技术等领域。
陀螺为什么会转
你应该换个角度思考问题
物理学家拿出一个陀螺,放在地上转一下,并开始用鞭子使劲抽打它,随着陀螺越转越快,陀螺也像不倒翁一样,虽然只有一个尖着地,却左右摇摆而不肯倒下。这就是陀螺效应:旋转的物体有保持其旋转方向(旋转轴的方向)的惯性
陀螺的实验告诉我们,高速旋转的东西有一个特性,就是它能保持转轴的方向不变,陀螺的这个倔脾气就叫陀螺的稳定性。陀螺转起来以后总是保持着转轴向上,虽然它脚下很尖却也不倒
问题二:陀螺为什么会旋转? 你问的应该是陀螺为什么不倒吧?它旋转是因为你开始给他一个转动速度,他不倒下是因为转动具有保持转动方向不变的属性。上大学就会明白。
问题三:陀螺为什么会转起来 重心加平衡
问题四:为什么旋转的陀螺能直立不倒 如果倒了,角动量就不守恒了,角动量是个矢量,带方向的。
但陀螺最后还是会倒的,转动时由于摩擦力的存在,能量会有损耗。
我觉得悠扬的说法有些不对。正如lz自己所问,质心的圆周运动应该在水平面内,而竖直的重力不可能有水平分量来提供向心力。我觉得只考虑质心的话,这里应该是由合力提供向心力的,因为在支点处还有支持力和摩擦力。
考虑陀螺旋转时,当然不能当作质点。悠扬所说的自转轴绕另一转动轴转动,这种现象即进动。一般我们不会用向心力来解释它,而是用力矩。由于自转轴不是完全竖直,重力对支点有一力矩。如果陀螺开始时是静止的话,这个力矩的效果就是使陀螺倒下来。当陀螺高速转动时,陀螺本身具有一角动量,而这个力矩的结果是改变了角动量的方向,即陀螺的自转轴转过一定角度。
讲的简单一些,在旋转过程中,重力去做了另外一件事(让陀螺进动),所以陀螺就不会倒了。这就好比卫星在轨道上时,万有引力是让它旋转而不是掉下来,这是类似的。
具体没有图很难讲清楚。。。lz既然这么有兴趣,可以找一些大学的物理书来看,一般在转动那一章里都有讲的
问题五:陀螺怎么才能转起来 ]@]@]
@一个固定了旋心并倾斜旋转的陀螺受到两个旋矩的作用,一个是重力旋矩,另一个是使陀螺旋转与水平面平行的旋矩,在这两个旋矩的作用下又产生了绕心进动的旋矩。在这里旋矩等于向心加速度乘以旋臂。
因为重力旋矩和让陀螺旋转的旋矩都是向心作用的,但它们的作用方向却成90度角的同心垂直交叉作用。可以建矢量坐标来表示重力旋矩和与水平面平行的旋矩的大小,垂直方向的为重力旋矩,与水平面平行的为陀螺旋转的旋矩。
当使陀螺旋转的旋矩等于陀螺固定的最大重力旋矩时,它们的向心作用点就会在同一点上,这时陀螺的旋转就会形成以陀螺旋转的旋矩大小为半径的扩大了的球形旋转,而按球形球面的任意一点到球心的向心旋矩是相等的来分析,实际上旋矩的作用就是平衡了重力旋矩的作用而使陀螺竖立不倒。还有重力旋矩的作用中心是始终指向球心的,不管以旋矩形成的球形有多大,就会有以这球形半径的大小为力臂而形成的重力旋矩。
而当陀螺旋转的旋矩小于固定了旋心的陀螺重力旋矩时,它们的向心作用点就不在同一点上,此时陀螺脚到陀螺旋心的重力旋矩就会倒下直到和旋转的旋矩平衡相等并同心垂直交叉为止,即重新形成以这陀螺旋矩大小一样的重力旋矩和以这旋矩为半径的球形旋转,同时也形成了以陀螺脚为周转中心的绕心旋矩,这就是陀螺为什斜着旋转不会倒下的原理。
按上面的定量分析可知,在矢量坐标图里,AB为固定了旋心时陀螺竖直旋转的重力旋矩,它等于陀螺的旋心到陀脚底的距离乘以重力加速度g,BC为陀螺倾斜旋转时与水平面垂直的重力旋矩,它和陀螺倾斜旋转时与水平面平行的旋矩相等,等于BC的长乘以重力加速度g。
另外陀螺在倾斜旋转时由于和水平面平行的旋矩与重力旋矩BC平衡相等,故和水平面平行的旋矩的向心加速度等于重力旋矩BC除以陀螺水平旋转的实际半径长。这样在这里又可根据计算出来的向心加速度通过向心加速度的公式计算出陀螺在斜转时圆周切点的水平线速度。
还有当陀螺水平旋转的旋矩小于陀螺竖直旋转固定的重力旋矩而大于0时,陀螺绕心进动的旋矩为AC,它的向心加速度等于旋矩AC除以旋臂的长(即AC的长)。
这样按以上的条件分析,在这里就可以通过建立的旋矩矢量坐标图,用几何力学的方法,以三角函数计算出按旋转的旋矩与重力的旋矩交叉垂直作用时陀螺的旋心到陀脚AB线与水平面所形成的角度,并可计算出陀螺绕心进动的周转速度了。
具体的计算为,通过三角函数正弦的计算式sinA=BC/AB来计算陀螺的旋心到陀脚AB线与水平面所形成的角度,然后再按三角函数余切的计算式ctgA=AC/AB求出陀螺绕心进动的旋矩AC。
另外再根据绕心的向心加速度等于旋矩AC除以旋臂的长(即AC的长,AC的长=ctgA*AB的长)求出绕心的向心加速度,再根据向心加速度的大小及AC的长(绕心半径)通过向心加速度的公式即可求出绕心进动周转的线速度。
问题六:为什么高速旋转的陀螺不会倒? 由于向心力的作用保持了平衡 旋转的陀螺在倾斜时,由于只受到重力矩(经过质心)的作用,而相对于进动的中间轴,由“右手定则”可知这个重力矩是始终与陀螺的旋转轴垂直的,故该重力矩不改变陀螺的转动速度,只改变它的旋转轴的方向,使旋转轴绕中间轴转动,而不会马上倒下。 当陀螺“高速”旋转时,它的角速度很高,进动现象不明显,低速时则明显很多。 由于本人水平有限,可能说不怎么清楚,您可以去查阅高等教材中关于“刚体转动”的内容,里面有详细介绍,而且有配图解释。我推荐哈尔滨工业大学新编的《大学物理》。
陀螺旋转为什么能立起来
急原因二:摩擦力,陀螺的结构及工作特点。由于陀螺的尖端是一个近似的圆球形,当陀螺在旋转时向A方倾倒时,尖端的球面的A侧将和支撑面接触摩擦,这将导致陀螺的尖端向倾倒的方向运动。证据:长脚的陀螺可以在比较粗糙的平面上平稳的旋转,但是在光滑的玻璃面上将不停的跳动,以获取更多的摩擦力,如果在玻璃面上涂润滑油,它不但不能运转的平稳反而更艰难
旋转的陀螺有个“进动”原理。绕竖直轴进动,是旋转的陀螺不倒的根本原因。
原因二:摩擦力,陀螺的结构及工作特点。由于陀螺的尖端是一个近似的圆球形,当陀螺在旋转时向A方倾倒时,尖端的球面的A侧将和支撑面接触摩擦,这将导致陀螺的尖端向倾倒的方向运动。证据:长脚的陀螺可以在比较粗糙的平面上平稳的旋转,但是在光滑的玻璃面上将不停的跳动,以获取更多的摩擦力
陀螺仪的工作原理??
它就是根据以高速回转的物体,它的动量矩敏感的壳体在相对惯性的空间中,围绕与自转轴正交的一到两个轴的角运动测量精密装置。
它的应用领域很广泛,在军事、技术和科学的研究和应用中都少不了它。例如:陀螺的章动、炮弹的翻转、定向指示仪以及回转罗盘等等。
按照它的用途来分,陀螺仪可被分为指示陀螺仪和传感陀螺仪。前者一般应用在飞行状态的指示中,当作领航和驾驶仪表来用;后者一般应用在飞行的物体处于运动状态的自动控制的系统之中。
陀螺仪属于机械仪器,它的重要组成是一个以很高的角速度围绕着旋转轴快速旋转的转子,而这个转子是被安装在一只架里面的。再在转子的中心轴上面加一个内环架,具有这样的装置的话,它就能够围绕着飞机的两轴来做自由的运动。如果再在内环架的外边添加一个外环架的话,它就可以拥有两个平衡环,这个时候,它能够围绕着飞机的三轴做自由的运动了,这样的装置已经是一个很完整的太空陀螺。
陀螺仪的工作原理是:当一个正在旋转的物体,它的旋转轴正在指着的方向没有受到外力的影响的时候,它是不会有任何改变的。而就是以这个原理作为依据,用它来保持一定的方向的。它也是根据这个原理而制造出来的。在正常工作的时候,为了让它可以高速旋转,需要给它一个外力,这个速度一般可以达到每一分钟可以有几十万转,因此,它可以持续工作的时间还是比较长的,接着使用不同的方法来记录下旋转轴指示的方向,同时自动地把数据信号送到控制系统中。
目前,一般把陀螺仪分为激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺和压电陀螺,这些都是属于电子式的,可跟GPS、磁阻芯片以及加速度计一起制造成为惯性导航控制系统。
其实陀螺仪既古老又富有生命力,人们对它的使用已经超过半个世纪,但是经过这么多年,很多研究者对它的研究还是非常感兴趣的,为什么呢?就是因为它本身就有很多的特别之处。它的两个基本特性是其进动性和稳定性。大家小时候玩陀螺的时候就知道它以高速旋转时,可以竖直起来并且不会倒地一直与地面保持着垂直的状态,这个就说明它的稳定性。
陀螺仪的特性:
1、定轴性: 陀螺在转动时,如果作用在它上面的外力的力矩为零,由角动量定理可知,这时陀螺对于支点的角动量守恒,在运动中角动量的方向始终保持不变. 因此,每一个点在运动的时候,都极力使自己始终停留在跟旋转轴垂直的那个平面上.
2、进动性:当陀螺高速旋转时,陀螺的中心轴像是绕着一个竖立的杆子在转圈,这种高速自转物体的轴在空间转动的现象叫做进动.这是因为当陀螺受到对于支点的重力的力矩作用时,根据角动量定理,角动量的矢量方向便随着陀螺的转动,描出一个圆锥体.
3、章动性:陀螺不可能永无止境地旋转下去,当陀螺由于摩擦而开始慢慢下落时,所做的运动就是章动.章动是指刚体做进动时,绕自转轴的角动量的倾角在两个角度之间变化,拉丁语的意思就是点头.
在天文导航和地形导航中利用惯性传感器(陀螺仪、加速度计)进行研究导航与制导的技术称为惯性导航。它是一种完全自主的导航技术,主要依靠测量载体的加速度(惯性)和转角,推算出载体的瞬时速度、位置和姿态。惯性导航的基础是载体的加速度测量(用加速度计)。导航期间,平台的稳定性需要陀螺仪来保证.
基于以上,零偏科技采用航空航天器的自主导航技术一- 惯性导航技术,引入惯性技术中的核心器件“陀螺”,自主研发的地下管线惯性定位仪(惯性陀螺仪),对地下管道的三维位置信息进行精准测量,是国内最早从事研发地下管线惯性陀螺仪的团队,很多技术达到了国际领先水平。最小管径可以测到40mm。
陀螺仪原理是指陀螺仪工作的原理,螺旋仪是一种用来传感与维持方向的装置,基于角动量守恒的理论设计出来的。陀螺仪多用于导航、定位等系统,常用实例如手机GPS定位导航、卫星三轴陀螺仪定位。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的转子构成。陀螺仪基本上就是运用物体高速旋转时,角动量很大,旋转轴会一直稳定指向一个方向的性质,所制造出来的定向仪器。不过它必须⏜/p>
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