1.旋转的陀螺不会倒的原因是什么

各位读者，你们小的时候肯定都对抽陀螺非常痴迷，但是我下面要提出的这个问题，却很少有人能够给出正确的答案：垂直甚至近乎倾斜的陀螺，不但能够旋转，而且还能保持平衡，这到底是为什么？促使它在这样极不稳定的状态下保持平衡的神秘力量是什么？重力对它产生的作用不会有效果吗？

其实旋转的陀螺上存在两种力，但我们在这里暂且不解释陀螺的理论，因为解释它会非常困难，所以我们只解释一下旋转的陀螺能够维持自身平衡的原因。

仔细观察下图25中的箭头A和对面的箭头B。A代表的是与你相反的旋转方向，B代表的是面向你旋转的方向。我们现在不妨将陀螺的轴面向我们，然后仔细观察A、B两侧的运动情况。此时，我们会看到A侧开始朝上方倾斜，而B恰好与它相反，朝下方倾斜，如此一来，同之前运动成直角的推动力会均匀地作用在A侧和B侧。可是，在飞速旋转的情况下，陀螺的圆周速度会变得非常快，而我们扳动它的速度与它的圆周速度相比，实在是微乎其微。快速和慢速合并在一起与飞速运转的圆周运动的速度别无二致，因此，陀螺的运动并没有发生本质的变化。此时，将陀螺扳倒的力受到了陀螺的强烈“抵抗”，陀螺能够维持平衡就是因为这种“抵抗”在产生作用，顺便说一句，陀螺旋转的速度会随着质量的增大而变快，速度越快，它对扳倒的力量的“抵抗”就越顽固。

图25　陀螺不会倒是为什么

事实上，还有一个定律跟旋转且不会倒的陀螺之间存在很重要的联系。陀螺上的任何一点，都在垂直于旋转轴的平面上做着一种运动——圆周运动。通过惯性定律我们得知，陀螺上的任何一点都在尽自己的最大努力沿着圆周的切线从圆周中分离出去。不过，圆周的切线无一例外全都处于圆周的同一平面上，所以，陀螺上的点在移动时，会尽可能地让自己停留在垂直于旋转轴的平面上。因此，同旋转轴保持垂直的陀螺平面，也会尽可能地让自己维持在空间的位置，换句话说就是，旋转轴为了让自己的方向保持不变，也会垂直于所有的陀螺平面。

因为篇幅有限，我就不在这里逐一解释在外力作用下陀螺能够进行的各种运动了。这里就是想让大家明白，物体是如何在旋转的同时，还能不改变旋转轴的移动方向（图26）。我们将物体旋转的原理广泛地运用到了实际的生活当中。根据陀螺的原理，我们在轮船和飞机上安装了罗盘、稳定仪等种类多样的回转仪器。

图26　旋转的陀螺旋转轴不变

你是不是觉得很惊讶？这么一个不起眼的玩具，作用还挺大。