陀螺转而不倒,尽人皆知。大至宇宙苍穹、小至微观粒子,无不体现陀螺的奇异特性。在我们身边,在我们脚下,在广袤的宇宙空间,陀螺现象无处不在,自宇宙创生开始,直至宇宙消亡。
由于陀螺现象过于普遍,人们都习以为常,不以为怪。然而天地间却有一只雪鹰,见到陀螺失去平衡却不倒下,颇为不解,急忙跑去问智者。
雪鹰:请问智者,陀螺为什么不倒?
智者:自转的陀螺本身具有“角动量” L=J×ω,受外力矩M=H×G,以上L、M皆为叉乘所得“伪矢量”,由“右手定则”确定方向,L沿自转轴指向“外”,M水平指向“右”。
根据“角动量定理”,角动量随时间的变化率dL/dt=M,即:角动量方向变化将顺从M,也就是陀螺受重力矩的作用,不会倒下,并将水平进动。

雪鹰: dL/dt与G垂直?,为什么?
智者:知道“质点角动量定理”吗?
雪鹰:知道,质点所受外合力对某一参考点的力矩等于质点对该参考点的角动量之时间变化率,M=dL/dt
智者:那还不够吗?
雪鹰:…(一样啊,dL/dt为什么要向那个力的“矩”的方向变化?)
雪鹰听了一头雾水,一句角动量随时间的变化率dL/dt等于外力矩M,就算说完了?为什么啊?
他不甘心,继续追问
雪鹰:现实中,陀螺还存在章动现象,也就是陀螺会点头,这是为什么?
智者:章动现象产生的机制较为复杂,可以用回转力矩简单说明
(具体说明可查阅相关书籍,总之是由于进动才出现章动)由于阻尼,章动将逐渐消弱。
雪鹰:可是您还没说清楚“进动”啊!
陀螺为什么不倒? 自转的刚体为什么水平进动? 角动量在外力矩作用下为什么出现垂直于外力的方向变化?
智者:dL/dt=M 陀螺的角动量变化方向与外力垂直!不是说了吗?
雪鹰:您这是在用我的原话回答我,这能算解释吗?
智者:你明白物理是实证科学吗?所有的事实都证明我说得没错,这还不够吗?
雪鹰:事实用您说吗?您断言所有的苹果都会从树上掉下来,果然都掉下来了,这就说明您解释了“苹果为什么掉下来”吗?
智者:再告诉你一遍,物理是实证科学,就到此为止了,你拿不出“反例”,我说的就是对的。你见过苹果自己飞上天吗?你见过高速旋转的陀螺倒下来吗?没有吧?物理学的解释已经结束,再追就是哲学了。
雪鹰:………………
也许雪鹰过于愚钝,想不通为什么M=dL/dt,因为陀螺不倒全指望它了。智者终于发了善心,告诉雪鹰:这是大量事实总结出来的,比如电学中的“洛仑兹力”、比如“陀螺现象”等等,不过是深入到质点总结一番,性质没有变。
雪鹰:那么说,您的这番理论依据的是现实经验?
智者:正是,物理学的任务就是总结运动规律,并将其抽象为数学语言。有了M=dL/dt,所有旋转系统就有了统一的理论,物理学已经完成了使命。至于大自然为什么安排M=dL/dt,为什么要让旋转系统与非旋转系统有截然不同的表现,这是哲学问题。
如果你再追问,应该考虑是否理智,或者说再问下去很愚蠢。
雪鹰感到很委屈,觉得什么都没问出来,他不知道dL/dt为什么要向力的“矩”的方向变化,从而仍然不知道陀螺何以会不倒
天地间自然存在着很多规律,比如苹果必然会掉下来而不飞上天,比如高速旋转的陀螺必然要横向进动。
但是,总结了这些规律就算完了吗?为什么会有这些规律?他们背后还有没有深层次的原因?
雪鹰无奈,只好自己去审视陀螺……
请看“与陀螺对话……………(二)”
谢谢观看