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对垂直陀螺来说,向心力产生的力矩大于重力产生的力矩时,进动方向与重力矩导致的进动方向相反。
[楼主] 作者:ccxdl  发表时间:2005/01/30 11:09
点击:851次

 

对垂直陀螺来说,向心力产生的力矩大于重力产生的力矩时,进动方向与重力矩导致的进动方向相反。因此,高速下的进动方向可能由向心力产生的力矩决定,当转速降低到向心力产生的力矩小于重力产生的力矩时,进动方向由重力产生的力矩决定。于是出现进动方向突然改变的情况。

人们知道离心式气阀的工作原理:转速低,小球落下,气阀打开,使转速提高;转速高,小球提升,气阀关闭,使转速降低。

小球受到的向心力会抵消重力产生的力矩,因而使转动下由于转轴不垂直或陀螺偏心导致的重力矩明显比静止状态变小,再借助陀螺底部为圆弧可以在转动中自动找准垂直转轴方向。这是教材忽视掉的一个要点。

实际上,玩耍的陀螺可以站的很稳。做得好的陀螺,可以在高速转动下,从晃动进入没有晃动的状态,直到转速明显降低才晃动。及时抽转陀螺,提高转速,又可以从晃动进入没有晃动的状态。要自己制做出陀螺来实际比较,才明白书上的解释太简单了。

Ccxdl  2005年1月30日

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 [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/01/30 21:00 

离心式节流阀不是刚体

这是个多质点机械问题,与陀螺问题有很多不同。当然还存在很多问题,如“动平衡”,不可能将所以问题多说清楚。如果认为在高速情况下陀螺进动方向相反,即违反牛顿定律,那验证起来太容易了。我想结果不会支持你的假设,如果我手头有个陀螺,我就可以给你经验一下。

 

[楼主]  [3楼]  作者:ccxdl  发表时间: 2005/01/30 23:43 

回复:请试好了,向心力对任何体都成立。
对垂直陀螺来说,向心力产生的力矩大于重力产生的力矩时,进动方向与重力矩导致的进动方向相反。
 [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/01/31 13:18 

节流阀上的小球刚性连接,则离心力矩为0

节流阀上的小球产生力矩原因是用铰接。不受力矩影响的陀螺的很好的例子是子弹,子弹弹道与质点相同,在引力作用下有引力加速度。玩的陀螺不会在光滑地面上走很远,只要不跳起来,说明有摩擦力形成力矩作用在陀螺上。与子弹匀加速下落形成抛物线不同,陀螺直线运动距离明显减小。

 

[楼主]  [5楼]  作者:ccxdl  发表时间: 2005/01/31 16:22 

回复:不要再争,实际做几个陀螺来玩玩看吧。
 

你说:节流阀上的小球产生力矩原因是用铰接。不受力矩影响的陀螺的很好的例子是子弹,子弹弹道与质点相同,在引力作用下有引力加速度。玩的陀螺不会在光滑地面上走很远,只要不跳起来,说明有摩擦力形成力矩作用在陀螺上。与子弹匀加速下落形成抛物线不同,陀螺直线运动距离明显减小。

节流阀上的小球发生提生或下降转动是因为铰接允许它进行这样的平衡运动,产生这种运动的作用力是重力与向心力,当合力的指向铰接处时达到平恒。并不因为没有看到存在这样的作用表现,就否定掉重力与向心力共同的作用事实。

也不因为是刚体,转动就不存在向心力了。简单例子:磨床使用的沙轮,其转速受到沙轮内部连接强度的限制,当向心力大于连接强度时,沙轮将爆裂飞开。

水平轴向转动的物体,下方向心力与上方向心力同在垂直面上,虽然下方向心力可以消抵重力作用,但上方向心力却是在加强重力作用。因此,水平轴向转动的物体,向心力对重力的综合作用是无影响,但决不因此就消失了作用。

垂直陀螺一般是顺时针抽转,按顺时针方向晃动形成圆圈。但在高速情况下,可能出现按反时针方向晃动形成圆圈。不要再争,实际做几个陀螺来玩玩看吧。

 [6楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/02/01 00:04 

分清力与力矩很多问题就解决了

玩的陀螺看似简单,但运动和受力及力矩作用非常复杂,还是应该选简单形式进行实验。在非常复杂的情况下进行的实验,不能从简单的结果中分辨出原因,容易产生错觉。

 

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