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陀螺進動
鎖定
陀螺進動,簡單來説,是指陀螺被抽動之後,除了本身自旋之外,還有在地面上繞行,直至倒地為止的這種繞行運動。
- 中文名
- 陀螺進動
- 外文名
- gyroscopic precession
- 性 質
- 一種剛體繞定點轉動的簡單情況
陀螺進動進動現象
如圖1所示,設一陀螺以角速度ω繞其對稱軸(自旋軸)S高速旋轉,其轉動慣量為I,角動量為 L 。試驗發現,陀螺在繞對稱軸旋轉的同時,其對稱軸還以一定的角速度繞過支點O的鉛直軸(z軸)旋轉,這樣的運動稱為進動,這種現象稱為迴轉效應。
[1]
陀螺進動進動的產生
設t時刻陀螺對稱軸與z軸的夾角為 θ (圖1),角動量在 z 軸上的投影為Lcosθ;t+dt時刻,由於重力矩M的作用,陀螺將會下傾,使s軸與z軸的夾角變為θ+dθ,角動量在z軸的投影變為Lcos(θ+dθ),則角動量在z軸方向上的增量為:
陀螺進動進動角速度
由於高速旋轉陀螺的自旋角速度 ω 之值遠大於其進動角速度,因此,陀螺的總角動量與自旋角動量近似相等,因而均可用 L 來表示。如圖2所示,當陀螺的自旋軸轉過微小角度
時,陀螺角動量的增量大小(假定θ不變)
,注意到角動量定理的微分形式
,則可得到陀螺對稱(自旋)軸繞 z 軸轉動的角速度,即陀螺進動的角速度
,該式説明,陀螺的進動角速度
與外力矩 M 成正比,與陀螺的自旋角動量 L 和其與 z 軸夾角θ 正弦 sinθ 的乘積成反比。
[1]
陀螺進動陀螺進動效應
直升機旋轉的主旋翼像一個陀螺,因此它具有陀螺作用固有的特性,其中之一就是進動。陀螺進動是力作用在旋轉物體上的合成作用或偏轉,這個作用發生在距力的作用點順旋轉方向轉過約90°方向上。
我們可以通過觀察兩片槳葉的旋翼系統,瞭解陀螺進動對槳尖軌跡的影響。
圖3:直升機的陀螺進動效應(2張)