旋转的陀螺

时间：2020-12-09 20:06:00　来源：雅意学习网本文已影响人

　　1958年10月11日，美国发射的一枚月球火箭失败了。一经追查，原来是上面的陀螺出了毛病。这枚火箭上装了一种陀螺导航仪。陀螺是在轴承上转动的，由于轴承中间有摩擦，使它转动不灵活，这样仪器就产生了偏差，使火箭向上仰了3.5度，结果导致火箭没有击中月球。
　　普普通通的陀螺，怎么会有这么大作用呢？它又有什么来历呢？
　　陀螺，其实很简单，它是同学们十分熟悉的玩具。它的老家在中国，从我国山西夏县新石器时代的遗址中，就发掘到了石制的陀螺。可见，陀螺在我国最少有四五千年的历史。
　　在1700年前的晋代，我国还出现了一种有趣的玩具——竹蜻蜓。这种玩具18世纪传到欧洲后，被西方人称为“中国陀螺”。
　　为什么把竹蜻蜓叫做“中国陀螺”呢？原来正式提出“陀螺”这个术语的，是19世纪中叶的法国物理学家傅科。在英语中，陀螺就是“回转体”，竹蜻蜓也可以说是一种陀螺。玩过陀螺的就会注意到：静止的陀螺，在地面是立不起来的；可是当它旋转起来以后，就立得很稳了。这是为什么呢？原来一个东西旋转起来以后，它就具有一种特性：保持旋轴方向不变。陀螺的这种倔强的脾气，科学家称为“定轴性”。高速旋转的陀螺，这个特性更明显。即使地面上高低不平，或者在斜面上，它也“稳如泰山”。而且，转速越高，立得越稳。
　　我国传统的杂技艺术里有个“转碟”的节目很受观众喜爱：演员的双手舞动着用细长竿顶着的花瓷碟，借助手腕的娴熟技巧，让瓷碟高速旋转起来，同时瓷碟还在竿头摇摆着，这样一来，观众看到的瓷碟就像彩蝶飞舞了。
　　那旋转着同时摇摆着的瓷碟为什么不会落下来呢？这里的关键是瓷碟在旋转，如果不转，碟子就会从竹竿上掉下来。要是只转不摆，又会失去对观众的吸引力，怎样让碟子且转且摆呢？这就要利用陀螺的回转效应了。瓷碟转动起来以后，有一根看不见的转轴，就像我们自制陀螺里的那根火柴棍，由于陀螺（这里是瓷碟）受到外力的作用，转轴便在起始位置附近做起了圆锥形运动，演员用娴熟的技巧使顶竿总是顶在转轴的中心，让那又转又摆的碟子落不下来，再利用顶竿转轴做起圆锥形运动，就使观众眼花缭乱了。
　　杂技里的转碟、耍盘子、丢帽子都是利用陀螺这种怪脾气，才能玩出很多花样。科学家也是从杂技转碟的表演中得到了启发，制造了新式的陀螺仪。
　　比如把它装在飞机上，事先让它的轴对准南北方向，然后让它高速旋转。这样，不管飞机如何改变航向，而陀螺轴总是指向南北方向，这就是绝妙的“指南针”，叫“陀螺罗盘”。
　　1889年，奥地利军官奥波里首先将陀螺应用在军事上。他设计的世界上第一架“陀螺自动操纵舵”，安装在了鱼雷上。装有这种仪器的鱼雷，能准确无误地击中目标。1904年，德国发明家安许茨制成了航海陀螺罗盘，并将它装在潜艇上。由于磁罗盘在北极失去作用，而陀螺罗盘在极地也照常工作，所以航海陀螺罗盘在北极探险中起了很大作用。后来，世界上第一辆载人单轨车厢产生了，它能运载40人，这也得归功于它上面装有一个大陀螺，依靠它车厢才得以运行稳定。1914年，英国和俄国工程师不约而同地用同样原理，制成了前后各有一个轮子的“双轮汽车”。这种车被人称为“魔车”。这种轰动整个欧洲的魔车不倒的秘密原来也是上面装了一个大陀螺。
　　从20世纪30年代开始，陀螺仪用到了航空上。之后，又被广泛应用到火箭、导弹及其他航天器上。
　　编辑/李章

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