太空陀螺试验.DOC

太空陀螺实验 陀螺，我们小时候最常见的一种玩具，如今飞上神奇的太空，被实验了一次。大家一定都很想好奇，神舟十号太空舱里的陀螺实验会是什么样子呢？ 跟其他几个太空实验一样，陀螺实验也是利用过了太空里的失重环境，把在地球上很难实现的现象展示给大家。下面我们跟宇航员王亚平一起来看看太空陀螺实验，首先在飞船内悬浮一个陀螺，在其轴的一端给它一个扰动力，我们看到陀螺翻滚着向前运动；以此为对比，拿出第二个陀螺，首先使它高速旋转起来，然后同样在其轴的一端给它一个扰动力，陀螺并不是翻滚着向前运动，而是保持着原来的定轴转动向前运动，同样的扰动力，为什么产生了不同的影响呢？ 我们所熟知的陀螺是有很多力学特性的，如定轴性、章动性，但前提是它必须是旋转状态下。太空中的陀螺实验利用的又是什么原理呢？ 从力学角度对上边两个陀螺进行分析，我们就能得到我们的答案。对于第一个陀螺我们可以作如下分析： 经过简化后的力使陀螺向前运动，而力偶则使陀螺发生翻滚。 针对第二个陀螺，我们可以对它作同样的力系简化，力使陀螺向前运动，而力偶则使陀螺发生翻滚，但是为什么没有翻滚呢？首先我们看到它是旋转的状态，高速旋转的陀螺是有很好的定轴性的，如果突然敲击，即给它一个脉冲力矩，由于作用时间极短陀螺自身的角动量没有什么明显的变化，陀螺转动的主轴也基本不会发生变化。事实上，在脉冲力矩的作用下，陀螺会在它原来主轴附近的位置作我们肉眼看不到的高频微幅震荡，而这种震荡会由于空气等阻力的作用下很快消失，所以我们会看到第二个陀螺依然保持着定轴运动。对于陀螺的定轴性，我们同样可以从力学角度进行分析： 一个质量为m,绕定轴O转动，角速度为的物体 ，在p点取一质点i， 那么它的角动量（动量矩） 是 化简得 根据角动量定理 那么，假如没有外力矩作用在定轴转动的刚体上，则 故其角动量向量为常值，即大小及其在惯性空间的方向将保持不变 ，这就是陀螺转动的定轴性原理。 我们常说“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”。科学是非常神奇的东西，神奇之外，我们对科学的追寻、求索更是诱人，枯燥与量变同行，单调与质变飞跃。