旋轉的陀螺為什麼不倒?

                                 

經常有人會好奇地問「旋轉的陀螺為什麼不倒?為什麼自行車輪子轉起來不倒？」，其實這種問題更嚴格的問法是「快速旋轉的陀螺為什麼不倒?為什麼自行車輪子快速轉起來不倒？」。之所以強調快速，是因為「慢轉的陀螺肯定倒!」,」慢速的自行車也肯定倒！」。

對「快速旋轉的陀螺為什麼不倒」的最直白答案是「剛要倒一點，又轉過去了」。如果快轉的陀螺的轉速不變，那麼「倒」和「轉過去」的兩個因素會達到平衡，陀螺就一直不倒地(軸還是有點小斜度)。可是陀螺下面的再光滑「尖尖」，它與支撐之間有摩擦力，周圍的空氣對轉動的陀螺也是有阻力的，所以陀螺的轉速要漸漸地慢下來，直到「轉過去」的因素鬥不過「倒」的因素，陀螺就倒了。

為了讓陀螺不倒，就不能讓「轉速」慢下來，所以要時不時地抽陀螺，保證「轉過去」因素壓過「倒」的因素。

以上是定性分析，但「快速轉起來的陀螺不倒」不只是玩具的原理，也不只是騎騎自行車。「陀螺不倒」的性質是用在子彈、飛彈、飛機這類「重器」的飛行穩定性控制中，甚至手機中也有陀螺儀。一個「玩器」問題一旦變成「重器」，就得更精細地控制，這就不得不上數學和力學公式了。這當然需要專業知識。像下面這樣分析需要有很多鋪墊，就不聊了。

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陀螺究竟啥時倒掉？這就是陀螺穩定性問題。真正地掌握它，也需要複雜的公式，所以也只能定性說說。

定性說來，影響陀螺穩定性因素有自轉角速度、陀螺的轉動慣量、重不平衡力矩和摩擦力矩、陀螺起始的各種轉動軸的方向之間夾角。

自轉角速度高，轉動慣量大，穩定性越好。因為這兩者越大，在同樣的幹擾力矩作用下自轉軸的穩定性越好，自轉角速度與轉動慣量的向量積就是轉子的角動量（動量矩），陀螺的穩定性實質上是角動量力圖保持其方向不變的特性。

陀螺的重不平衡力矩和摩擦力矩是影響陀螺穩定性的內部因素。不平衡力矩與陀螺形狀很有關係。對玩具陀螺，摩擦力與地面有關，也和陀螺的氣動形狀有關。對於「重器」中的陀螺，它是置於重器中的，所以他們與陀螺的設計和製造關係密切。

  

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