小陀螺的学问

郭治

你玩过小陀螺吧？不管是用手捻的“捻捻转”，还是用绳子“抽”的玩具陀螺，静止地放在地上，它们都立不住。可是当它们旋转起来却能立着， 转得越快，立得越稳。

让我们动手做几个陀螺玩吧：用硬纸板剪几个圆片、方片和任意形状的片片，再找一些火柴棍或者牙签，把火柴棍插在几个圆片的圆心上，让棍与纸片垂直（图 1）；再把火柴棍任意插在圆片的随便哪个点、方片和其他纸片的任意点（图 2）。

好，把这些“陀螺”都捻捻看，你会发现，只有像图 1 那样的才会转个

不停，图 2 那样奇形怪状的、会胡乱一转就倒了。

要是你把这些玩具抛到空中，还会发现另一个秘密：像图 1 那样的陀螺， 如果旋转着飞到半空，它就会像飞盘那样保持着一定的姿态；还是那样的陀螺，如果不让它旋转，随便抛到空中，它在空中就会胡乱飞的。至于像图 2 那样的玩艺，它们在空中更是无目的地胡乱飞了。那根火柴棍叫陀螺的转轴， 只有像图 1 那样，转轴在旋转体的中心才能叫陀螺。像图 2 那样的玩艺是不能叫做陀螺的。

你能发现陀螺有什么特性吗？

小陀螺转起来以后，能保持转轴方向向上，虽然它脚下很尖却也倒不了。转速越快，立得就越稳。不转的陀螺就没有这个本事，放在那儿就会歪倒。

旋转体的轴不管指向哪里，只要它高速转起来，都能保持转轴原来的方向：抖空竹时，把高速旋转的空竹抛向空中，它还能保持着原来的方向平着落下来，虽然它一头沉一头轻，却不因重力的作用而歪倒。要是空竹不转， 向上一抛，在重力作用下，就会翻滚起来，沉的那头向下落到地上。

两个轮子的自行车，只有走起来才不倒，因为它的轮子一转就像两个陀螺，能保持原来的转轴方向，不使车子歪倒。轮子转得越快，稳定性就越高， 车就越不容易倒。轮子转慢了，稳定性就差。“定车”可就要有点技巧呢。

早期的枪炮、枪筒和炮筒里都是光溜溜的，子弹打出去，总是东倒西歪， 方向不定，碰上气流就翻起了筋斗，打不中目标。这是因为子弹向前运动时不能保持一定的姿势，再加上空气阻碍和地球吸引力的作用，它们就像你抛到空中的那些没有旋转的陀螺一样。

怎么办呢？人们从玩陀螺中得到了启示，在枪筒和炮筒里刻上一道道螺旋形小槽，子弹沿着这一圈圈螺旋线射出后，自己就会打起转来，像陀螺那样保持住转轴的方向总是对准目标。射中目标以后，它仍然转动，又会像钻头那样钻进目标，大大提高了命中率和杀伤力。现代步枪子弹射出时每秒钟能转 3600 转呢！

舰船在浩瀚的大海里航行，飞机在茫茫的天空中飞翔，都需要随时知道自己的航向、姿势、位置和速度。对于地面上的车辆这不是什么难题，看看四周的建筑、山河就能辨别，还可以问问人，找个向导。但对四面八方都是大海、蓝天的舰船、飞机就难了：拿什么去比较辨别呢？去问谁呢？

人们从玩陀螺中得到了启示，制造出了陀螺仪，让它来当向导。陀螺仪， 主要由高速转动的陀螺和灵活的万向支架组成。陀螺的转速极高，它总是保持着原定的方向，由于万向支架的摩擦力很小，向哪个方向都能转，就大大减少了外力对陀螺的影响。这样一来，不管怎样航行，飞机或舰船怎样变动，

那高速旋转的陀螺都总是指着原来的方面，充当着航行的向导。

如果在飞机、导弹、人造卫星、宇宙飞船里安装上陀螺仪，让它带动自动控制系统，这些飞行器就会自己找对方向，按照事先计划好的路线航行。上天离不开陀螺仪，入地也要用上它。在挖掘隧道时，四周黑洞洞的，

怎样才能确定方向呢？能干的陀螺仪便可以充当向导了。

人造地球卫星上天以后是不能东倒西歪、任意翻滚的，必须让它保持一定的姿态。比如，天线就应当总是对准地球。怎样让它的姿态稳定呢？人们想到了陀螺：使人造卫星绕着规定的轴自转起来，让它成为一个“陀螺”， 就像你们抛向空中的那个旋转的空竹，这样就保持了一定的姿态。

你看，这个小陀螺的用处多么大！