旋转的陀螺为什么不倒

有成千上万的人在童年时候玩过陀螺，但没有多少人能够正确地回答这个问题：我们该如何解释，垂直旋转的陀螺甚至倾斜旋转的陀螺会出人意料地不倒？是什么力量把它维持在这种好像很不稳定的状态呢？难道它不受重力的作用吗？

原来，这里有一个非常有趣的力的相互作用。陀螺的原理不是很简单，我们不打算深入研究它，只是谈一谈旋转的陀螺之所以不倒的基本原因。

如图26所示，描绘了照着箭头所指的方向旋转着的陀螺。请注意它上边写着A字的部分和在它对面的B字的部分。A的部分在离开你移动，而B的部分在向着你转过来。现在让我们来看，当你把陀螺轴倾斜到自己这一边的时候，这两部分会作什么样的运动。这种推动力，会使A的部分向上运动，B的部分向下移动；两部分得到了一种跟它们自己本来的运动成直角的推动力。但是由于陀螺在快速旋转的时候，它的圆周速度非常大，而你推它的时候给它的速度明显很小。一个小速度和一个大速度结合而成的速度，和圆周的这个速度几乎非常接近——所以陀螺的运动几乎没有改变。因此可以明确，为什么陀螺好像抵抗着一切想把它推倒的力量。陀螺越重且转得越快，就越能顽强抵抗推倒它的力量。

图26　为什么陀螺不倒？

图27　转动的陀螺，往上面抛时，保持沿着自己轴的方向转动。

对这种现象的解释在本质上与惯性定律有直接的关系。陀螺上面的每一个点，都在一个与自己的转轴垂直的平面上沿着圆周转动。根据惯性定律，每一个点随时都竭力想使自己沿着圆周的一条切线离开圆周。但是所有的切线都和圆周在同一个平面上；所以每一个点都是那样在运动，使自己一直都在与旋转轴垂直的那个平面上运动。由此可以看出，陀螺上面所有和旋转轴垂直的那些平面，都努力保持自己在空间里的位置，所以与它垂直的所有平面，即转轴本身也在保持自己的方向。

我们不打算研究陀螺在外力作用下所发生的所有运动。这需要作许多详细的解释，会显得枯燥无味。在此只想解释的是，任何旋转的物体都保持沿自己的轴不变的方向转动是什么原因。

旋转物体的这种特性广泛应用于现代技术中。各种陀螺设备（根据陀螺原理制造的）——像指南针、稳定器等——安装在船舶和飞机上面6。

陀螺似乎是一个非常有用的简单的玩具，但其用途却不可估量。