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转而不倒

把一块硬纸板剪成圆形,在圆心中插进一根火柴棒,这就成了一个小陀螺。捻转这个陀螺,它转起来以后就以一根火柴棍的尖足立着,转而不倒。要是陀螺不转,放在桌子上,它连半秒钟也立不祝

陀螺的实验告诉我们,高速旋转的东西有一个特性,就是它能保持转轴的方向不变,陀螺的这个倔脾气就叫陀螺的稳定性。陀螺转起来以后总是保持着转轴向上,虽然它脚下很尖却也不倒。

空竹转起来以后,它的转轴的方向是水平的,同样有这个倔脾气。抖空竹的人,让空竹高速转起来抛上天,虽然空竹是一头沉的,它还会平着落下。要是空竹不转,平着向上一抛,它就会翻滚着,最后沉的那头先落地。

陀螺的倔脾气是转动惯性的一种表现。

自行车骑起来为什么不倒,也和陀螺的道理一样,因为它的轮子一转,就象两个陀螺,能保持原来的转轴方向,不使车子歪倒。轮子转得越快,稳定性就越好,车就越不易倒。轮子转慢了,稳定性就差些。

用钻头在木头上钻孔、钻头旋转起来就有保持它的转轴方向的能力,容易钻进木头里去。同样的道理,拧进去的木螺钉和陀螺一样有股定轴的脾气,转动着向里钻,那钉子就不容易弯。不转的钉子没有这种本事,就容易被砸弯。

早期枪炮的枪筒或炮筒里都是光溜溜的,子弹打出去会东倒西歪,碰上气流还要翻跟头,打不中目标。后来,人们从陀螺身上得到了启发,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以后,就会象陀螺似地打起转来,保持着转轴的方向,不再东倒西歪,因而总是对准目标。子弹击中目标以后,由于惯性,它仍然会旋转,象钻头那样钻进目标,大大提高了命中率和杀伤力。

陀螺还可以为我们当向导。1852年,法国物理学家福科在实验室里造出了最早的陀螺仪,到了1908年,德国的一家公司终于造出了第一个航海用的陀螺罗经。

陀螺仪主要由高速转动的陀螺和灵活的万向支架组成。陀螺用摩擦力很小的轴承支承在内环上,内环又用轴承支在外环上,外环再通过轴承支在基座上,因此万向支架向哪个方向都能转动。所以不管基座随着飞机或舰船怎样变动。陀螺总不会受到影响,高速旋转的陀螺轴总是稳定地指着一个固定的方向。驾驶员通过陀螺仪这个向导就能知道航行情况了,这就是陀螺导航,也叫惯性导航。如果在导弹、人造卫星、宇宙飞船里安上陀螺仪,让它带动自动控制系统,就能实现自动导航。

人造地球卫星上装有各种仪器,它能观察气象、转播电视、搜集地面和太空情况……还能用无线电波把搜集到的情报随时向地面报告。这样,就要求卫星上天以后不能东倒西歪,任意翻滚,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?人们利用陀螺定向旋转的特性,使人造卫星绕着规定的轴自转起来,让它自身成为一个“陀螺”――转轴总是指着规定的方向,这就保持了一定的姿态。但是,天线跟着转就不能对准地球了,怎么办,就让天线和必要的部分沿着同一轴反方向旋转,于是,天线就总是对准地球了。这就是人造地球卫星的双旋稳定技术。

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