旋轉陀螺不倒的原理

對於一個旋轉的陀螺體（tǐ）係,如果不發（fā）生偏轉(左側),不論脫落是否旋轉都可（kě）以保持（chí）穩（wěn）定,這顯而易見的,但是實際生活中旋轉的陀螺（luó）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螺偏轉了θ角,請理解這個θ非常微小.這個擾動可（kě）以是一陣微風,一個震動（dòng）,桌麵的摩擦力變化（huà）等（děng）等,都可以導致（zhì）出現一個這樣的偏轉.

假設陀螺旋轉（zhuǎn）的速度不變（biàn）,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（chá）我把θ角畫得很大),你會發現雖然轉動陀螺上所有的質（zhì）點的旋轉絕對速度沒有變(桌麵參照係),但是（shì）速度方向已經從水平變成（chéng）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（biàn）化將導（dǎo）致整個陀螺旋轉的角動量(矢量)發生改變,沿垂直方向的分量減小,根據角動量守恒(和轉速相（xiàng）比（bǐ）,這是一個很小的θ),陀螺將保（bǎo）持這部分旋轉的角動量,產生一個（gè）圍繞垂直軸的公轉,維持了這部分減小（xiǎo）的角動量（liàng）,維持了角動量守恒,新產生的扭矩平衡掉了重力的（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（dìng）,而且從上圖中看（kàn）出,黑點越重,轉速越快陀螺越穩（wěn）定.這是為（wéi）什麽很多好的（de）陀螺設計成下麵這個樣（yàng）子:

隻需要保（bǎo）證質心在中（zhōng）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一些,公轉速度也會加快,能夠快速拜（bài）托微小擾動回歸垂直狀態.