旋轉陀螺不倒的原理

對於一個旋轉的陀螺體係,如果（guǒ）不發生偏轉(左側),不論脫落是否旋轉（zhuǎn）都可以保持穩定,這顯而易見（jiàn）的,但是（shì）實際生活中旋轉的（de）陀螺總會（huì）遇到(微小)擾動導致（zhì）出現（xiàn）右側的情形（xíng）.一個很小的擾（rǎo）動導致陀（tuó）螺偏轉了θ角,請理解這個（gè）θ非常微小.這個（gè）擾動（dòng）可以是一陣微風,一個震動,桌麵的（de）摩擦力變化等等,都可以導致（zhì）出現一個這樣的偏轉.

假設陀螺旋轉的速度不變,通過對比左右兩圖,發現上述體係發生了變化,(為了方便觀察我把θ角畫得很大),你會發現雖然（rán）轉動陀螺上所有的質點的旋轉絕對速度沒有變(桌麵參照係),但（dàn）是（shì）速度方向已經從（cóng）水平（píng）變成帶有斜向的角度,這個可（kě）以想象一下圖中黑點的狀態.

速度方向變（biàn）化將導致整個陀（tuó）螺旋轉（zhuǎn）的（de）角動量(矢量)發生（shēng）改變,沿垂直方向的分量減小,根據（jù）角動量守恒(和轉速相比（bǐ）,這是一個很小（xiǎo）的θ),陀螺將保持（chí）這（zhè）部分旋（xuán）轉的角動量,產生（shēng）一個圍（wéi）繞垂直軸的公（gōng）轉,維持了這部（bù）分減小（xiǎo）的角動量,維（wéi）持了角動量（liàng）守恒,新（xīn）產生的扭矩平衡掉了重力的扭矩和離（lí）心力。

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

隻需要保證質心在中間（jiān）(軸對（duì）稱即可),外圍（wéi）盡可能增加（jiā）配重（chóng）,這樣發生偏轉角（jiǎo）動量就（jiù）多一些,公轉速度也會加快,能夠快速拜托微小擾動（dòng）回歸垂直狀態.