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从孩童时代起,我们就知道,旋转的陀螺与不转时的表现截然不同,当它倾斜时不会很快倒下,而是持续地整体水平转动
学习过刚体理学知识后,我们知道这是"进动"或"旋进",属于"刚体定点旋转"问题,其中最典型的就是规则进动 每一个系统学习过经典力学的人都立即不假思索地认为,解释这个现象需要用"角动量定理" 角动量定理:dL=Mdt 旋转的刚体具有自转角速度ω,沿轴方向角动量L=Jω,其中J为刚体对自转轴转动惯量 由于倾斜,受到重力据M=H×G,因此,在力矩作用下,角动量增量dL=Mdt 形成新的角动量L'=L+dL,因此,陀螺水平旋进而不倒下 更为详尽的解释见各版本《理论力学》教科书或某大学教学视频>,解说员最终总结"因为力矩是水平方向的,所以dL也在水平方向,L'=L+dL......这就是产生旋进的原因!"
这就是几百年来,经典力学对陀螺旋进的解释,这个解释基于"右手螺旋定则",也就是必须用到"矢量乘法"确定力矩的方向,中心思想是:因为力矩方向水平,所以陀螺水平旋进
但是所有失去平衡的物体都受到了重力矩,毫无疑问力矩都指向水平方向,那么不转的陀螺为什么又倒下了呢? 经典力学认为,尽管此陀螺所受重力矩也是水平方向,但是他没有自转,也就没有沿轴方向的角动量,因此必须使用定轴转动角动量定理,同样是dL=Mdt,但是性质不同,M与旋转轴平行,因此陀螺将加速倒下
经典力学针对以上两种极端情况,分别使用了不同性质的角动量定理,从而使"因为力矩M方向水平"这个理由左右逢源,即是陀螺倒下的理由,也是不倒并进动的理由。 人们确信,因为力矩M方向水平,因而角动量增量dL在水平方向,根据L'=L+dL,所以陀螺不倒并进动 关于刚体转动的理论解释,就此尘封了300余年,后人只有赞叹和敬仰。
然而,赞叹之余如果再深入分析,以上解释似乎有一些遗漏,那就是同样在理想保守条件下,陀螺还存在一种运动,那就是边进动边加大倾斜,也就是既不像不自转的陀螺那样直接加速倒下,也不像高速自转的陀螺那样严格水平规则旋进,而是做"非规则进动",陀螺自转轴的运动介于垂直向下和严格水平之间 这又如何解释呢? 既不能用定轴转动角动量定理,因为有水平进动 又不能用定点转动角动量定理,因为并不完全水平运动
唉~~~,可以说,优秀学子们一时慌了手脚,一般先是坚决否认至少是怀疑存在这种运动,在确凿的证据面前,不得不承认后,就开始指责我的基础知识有问题,没学好经典力学,如果学好了,就不会提出这个问题 不过也有极少数目光深远、头脑清晰的网友,看到了结症之所在,开始怀疑角速度、角动量、力矩等等一系列人为规定的"伪矢量",能否胜任解释陀螺运动的重任。 可惜啊,能看到这一层的人实在是太少了~
很多网友遇到这个局面,都尝试用牛顿基本定律解决陀螺问题,心想"从牛顿定律推出来的定理,还不能退回去?" 然而,基本上都是枉费心机,因为他们忘了,在牛顿定律和角动量定理之间,横亘着另一个基本法则"螺旋定则",想从角动量定理退回到牛顿基本定律,必须先证明"右手螺旋定则"~ 这可是公认不可证明的、比牛顿基本定律还要基本的法则,(或许来源于《分析力学》的"空间旋转对称性"思想?)
因此,我认为 1、用动量矩定理不能解释陀螺的运动,因为陀螺本身与"动量矩"是两码事,数学计算出的"动量矩"变化不能反映陀螺的真实运动,也就是久广网友说的"手指头的方向不能解决问题"
4、陀螺"为什么"会如此运动(包括不倒、进动等),目前还是悬案,和满网友说"上帝躲在陀螺里笑",一点不错,上帝是什么还不能确定,但是可以肯定不是"动量矩定理"
待续...... |




,我已经赶超了,你成菜鸟了。