3-7 进 动  

本节介绍一种刚体转轴不固定的情况。大家知道,玩具陀螺不转动时,在重力矩作用下将发生倾倒。但当陀螺急速旋转时,尽管仍在重力矩作用下,却居然不倒下来。这时,我们看到,陀螺在绕本身对称轴线转动的同时,其对称轴还将绕竖直轴回转,如图所示。这就是“回转效应”当高速旋转的陀螺在倾斜状态时,因它自转的角速度远大于进动的角速度,我们可把陀螺对点的角动量看做它对本身对称轴的角动量。由于重力对点产生一力矩,其方向垂直于转轴和重力所组成的平面。根据角动量定理,在极短时间内,陀螺的角动量将增加,其方向与外力矩的方向相同。因外力矩的方向垂直于,所以的方向也与垂直,结果使的大小不变而方向发生变化,如图所示。因此,陀螺的自转轴将从的位置转到的位置上。从陀螺的顶部向下看,其自转轴的回转方向是反时针的。这样,陀螺就不会倒下,而沿一锥面转动,亦即绕竖直轴作进动。


        图 3-3

图 3-4

进动角速度

        

由此可知,进动角速度与外力矩成正比,与陀螺自转的角动量成反比。因此,当陀螺自转角速度很大时,进动角速度较小;而在陀螺自转角速度很小时,进动角速度却增大。

进动的概念在微观世界中也常用到。例如,原子中的电子同时参与绕核运动与电子本身的自旋,都具有角动量,在外磁场中,电子将以外磁场方向为轴线作进动。这是从物质的电结构来说明物质磁性的理论依据。

回转效应的两面性