旋轉陀螺不倒的原理

對於一個旋轉的陀螺體係,如果不發生偏轉(左側),不論脫落是（shì）否旋轉都可以保持穩定,這顯而易見（jiàn）的,但是實際生活中旋轉的陀螺總會遇到(微（wēi）小)擾動導致（zhì）出現（xiàn）右側的情形.一個很小的擾動導致陀螺偏轉了θ角,請理解這個θ非常微小.這個擾動可以是一陣微風,一個（gè）震動,桌（zhuō）麵的摩擦力變化等等,都（dōu）可以導致出現一個這樣的偏轉.

假設陀螺旋轉的速度不變,通過對比左右（yòu）兩圖,發現上述體係發生了變化,(為了方便觀察我把θ角畫得（dé）很大),你（nǐ）會（huì）發現雖然轉動陀螺上所（suǒ）有的質點的旋轉絕對速度沒有變(桌麵參照係),但（dàn）是速度方（fāng）向已經從（cóng）水平變成（chéng）帶有斜向的角（jiǎo）度,這個可以想象一下圖中黑點的狀（zhuàng）態.

速度方向變化將導（dǎo）致整個陀螺旋轉的角動量(矢（shǐ）量)發生改變,沿垂直（zhí）方向的分量減（jiǎn）小,根據角（jiǎo）動量守恒(和轉速（sù）相比,這（zhè）是一個很小的θ),陀螺將保（bǎo）持這部分旋轉的角動量,產（chǎn）生一個圍繞垂直軸的公轉,維持了這部分減（jiǎn）小的角動量（liàng）,維（wéi）持了角動量（liàng）守恒,新產生的扭（niǔ）矩平衡掉了重力的扭矩和離心力。

因此（cǐ）陀螺偏置後必須發生公轉才能保持穩定,而且從上圖中（zhōng）看出,黑點越重,轉速越快陀螺越穩定.這是為什（shí）麽（me）很多好的陀螺設計成下麵這個樣子:

隻（zhī）需要保證質心在中（zhōng）間(軸對稱即可),外圍盡可能增加配重（chóng）,這樣發生偏轉角動（dòng）量就多（duō）一些,公轉速度也會加快（kuài）,能夠快速拜托微小擾動（dòng）回歸垂直狀態.