旋轉陀螺不倒的原理

對於（yú）一個旋轉的陀螺（luó）體係,如果不發生（shēng）偏轉(左側),不論脫落是否旋轉都可以保（bǎo）持穩定,這顯而易見的,但是實際生活（huó）中旋轉的陀螺總會遇到(微小)擾動導致出現右側的情形.一個很小的擾動導致陀（tuó）螺偏轉（zhuǎn）了θ角,請理解這（zhè）個θ非常微小.這（zhè）個（gè）擾動可以是一陣微風,一個震動,桌麵的摩（mó）擦（cā）力變化等等,都可以導致出現（xiàn）一個這樣的偏轉.

假設陀螺旋轉的速（sù）度（dù）不變（biàn）,通過對比左右兩圖,發現上述體係發生了變（biàn）化,(為了方便觀察我把θ角畫得很大（dà）),你會（huì）發現雖然轉動陀螺上所有（yǒu）的（de）質（zhì）點的旋轉絕對速度沒有（yǒu）變(桌麵參照係（xì）),但（dàn）是速度方向已經從水平變成帶有斜向的角度,這個可以想象一下圖中黑點的狀態.

速度方向變化將導致整個陀螺旋轉的角動量(矢（shǐ）量)發（fā）生改變,沿垂直方（fāng）向的（de）分（fèn）量減（jiǎn）小,根據（jù）角動（dòng）量守恒(和轉速相比,這是一個很小的θ),陀（tuó）螺將保持這部分旋（xuán）轉的角動量,產生一個（gè）圍繞垂直軸的公轉,維持了這部（bù）分減小的角動量,維持了角動量守恒,新產生的扭矩平衡（héng）掉了重力的（de）扭矩和離心力。

因此陀螺偏置後必須發生公轉才能保持穩定,而且（qiě）從上圖中看出,黑點越重,轉速越快陀螺越（yuè）穩（wěn）定.這是為什麽很多好的陀螺設計成下麵這個樣子:

隻需要保證質心在中間(軸對稱即可),外圍盡可能增加配重,這樣發生偏轉角動量就多（duō）一（yī）些,公轉速度也會加快,能夠快速拜托微小（xiǎo）擾動回歸垂直狀態.