扭转陀螺的运动研究

运用欧拉动力学方程分析了扭转陀螺的力学特性,从理论上预测了陀螺释放后250s内的运动情况,实验研究了陀螺的定轴性和进动性对陀螺运动的影响.实验结果表明:在初始扭转力矩变大时,进动角与章动角的角速度与角度峰值都会变大,但变化周期几乎不变.     

测定陀螺进动角速度的实验方法

陀螺是一种回转仪，它能显示出回转效应.回转仪的回转效应在科学上和技术上有广泛应用，例如，炮膛内部刻有螺旋式来复线，使射出的炮弹绕几何轴作高速旋转，成为回转仪等等.在微观世界中，具有自旋的电子、原子核和其他基本粒子放在磁场中，受到磁场的力矩也将和陀螺一样，产生进动.这一切都说明进动的重要，对进动角速度的测量，能进一步加深对进动的理解.一、测量原理陀螺可以以很高的转速绕它的自转轴旋转.当它的自转轴和铅直方向偏离时，陀螺受它本身的重力矩的作用，其自转轴绕铅直轴进动而不倒下，这就是陀螺的回转效应.图1是一精制…     

陀螺进动中的“角动量不守恒”问题

一些力学教科书中对回转效应的讲解就是直接利用重力力矩导致陀螺角动量变化得到均匀进动角速度,但是这会导致竖直方向出现进动角动量而无法解释的问题,即看似角动量不守恒。本文从基本的力学原理出发,分析了陀螺水平释放后从开始到稳定过程中的进动和章动,并对结果进行了数值模拟,证明忽略进动阻尼时稳定进动角动量与陀螺下倾导致的自转角动量竖直分量大小相等、方向相反,保证了系统竖直方向角动量恒为零。     

陀螺三色板小实验的改进

初中物理第二册第31页有一个用陀螺三色板演示白光的合成的小实验。学生自制陀螺三色板做实验后,我们发现如下问题:1.学生旋转陀螺的技术不易掌握,若制得不合要求陀螺就旋转不起来;2.陀螺底部若制成尖头,那么陀螺着地点总固定在一点,当陀螺轴有点倾斜时,就会产生进动,随着进动的加剧而越来越倾斜,不一会儿就触地停止;3.陀螺底部若制成圆头时,着地点在不断地移动,若着地表面不平滑,陀螺就会触地停止。学生针对上述问题,对这个小实验进行了改进,现介绍如下。     

扭转陀螺运动系统的研究

研究了扭转陀螺系统的角动量以及系统所受外力矩,分析了陀螺在运动中出现的进动、章动等现象.当陀螺存在一定偏心差时,陀螺会进行参变共振、受迫共振.     

“俏皮”的旋转——现代陀螺仪技术的发展

<正>美国物理学会在Physics杂志上发布了2021年的物理学年度亮点,其中的一大亮点是“物理学中的俏皮旋转”,介绍了由天体物理学家肯尼思·布雷彻（Kenneth Brecher）设计的一种新型旋转陀螺。肯尼思·布雷彻对陀螺的兴趣始于他对中子星旋转运动的理解,中子星会发生摆动或者进动,这跟陀螺的性质是相似的。后来布雷彻教授开始自己制作陀螺,他利用数学常数设计了一个单项旋转陀螺Delta CELT,这种陀螺具有优先旋转的方向。     

基于解析结果的拉格朗日陀螺运动特性分析

本文建立拉格朗日陀螺运动方程的解析方法.导出拉格朗日陀螺做规则进动的条件,用级数展开技术得到规则进动附近的小角度章动和进动的解析解.给出陀螺自转轴运动的简明图像,即重力引起绕竖直轴的规则进动和无重力的自由进动的叠加.利用解析结果对陀螺不倒之谜给出解释.     

Sen时空中的陀螺进动效应

采用Frenet-Serret形式研究了Sen时空中的陀螺进动效应,得出了沿圆轨迹以任意常数角速 度运动的轨道陀螺进动的一般公式,当陀螺在赤道平面上沿短程线运动时,由一般公式出发 可得到精确的轨道周期进动角公式.作为特例,研究了静态dilaton时空中的陀螺进动效应. 将所得结果分别与Kerr-Newman和Reissner-Nordstrm时空中的情形相比较,发现dilaton 耦合使陀螺进动速率减慢,轨道周期进动角减小. 关键词： Sen时空 Frenet-Serret标架 Fermi-Walker移动     

陀螺进动特性的研究

本文基于陀螺进动原理,推导出陀螺进动时的角速度和自转角速度关系式,结合电磁感应原理和光敏电阻特性制作了陀螺实验装置,同时精确测出陀螺的公转周期与自转周期,进一步计算了陀螺的转动惯量,并用平行轴定理所得的计算结果验证了此装置的理论方法与测量结果的正确性.     

高斯波束致微粒旋转的理论研究

基于偏振光波是左旋光子与右旋光子组成的, 从广义米理论出发, 得出了偏振高斯波束对球形粒子的辐射俘获力和力矩的表示式. 分析了微粒在圆偏振高斯波束照射时产生两种不同旋转的原因, 并结合光子的量子特性进行了解释. 对圆偏振高斯波束中粒子的两种力矩进行了数值模拟, 讨论了粒子半径、折射率、吸收系数和束腰半径对力矩及光致旋转的影响. 关键词： 光致旋转 力矩 高斯波束 光子     

进动演示实验的改进

讲解进动一般用进动陀螺演示,但仪器太小,在大班上看不清,讲解时不好比着仪器讲。以后我们改用车轮,用绳将车轮轴的一端吊在架子上。这样作也不好,车轮产生进动后不断将绳扭紧而     

对陀螺进动中一个奇异现象的分析

 陀螺进动是验证角动量定理的典型演示实验.在大学物理课的教学中,结合教学内容,让学生观察和分析陀螺进动现象,就会使物理教学生动、直观、有趣,收到良好的教学效果.     

基于COMSOL的磁流变液盘式制动器仿真优化与研究

采用Bingham流体模型分析了磁流变液盘式制动器的制动力矩,设计出一种外绕线圈的单盘式制动器结构,利用COMSOL软件对该结构进行建模、电磁场仿真、制动力矩计算与结构参数优化。研究表明,制动力矩基本与旋转盘的角速度无关,制动过程中制动器可获得相对稳定的制动力矩;在一定的磁动势下,当旋转盘半径增加时,盘式制动器的制动力矩会逐渐增加;增加导磁外壳的厚度有利于约束磁力线,进而提高制动力矩。     

翻身陀螺的原理简析

描述了翻身陀螺的实验现象,简要介绍了对翻身陀螺的研究史,定性地对普通陀螺和翻身在旋转过程中受力进行了分析。通过对二者受力情况的对比,说明了翻身陀螺翻身现象产生的原因。又从能量角度简要分析了翻身陀螺的运动过程,进一步说明摩擦力是陀螺翻身现象产生的根源。最后总结了翻身陀螺的物理实验带来的启发。     

单框架控制力矩陀螺转子动不平衡对遥感卫星成像的影响

分析了单框架控制力矩陀螺（SGCMG）转子在高速旋转时产生的动不平衡干扰力矩引起的星体颤振角和颤振角速度对TDI CCD相机成像的影响。通过坐标变换将转子坐标系下的干扰力矩转换至星体坐标系下的干扰力矩,将卫星姿态动力学方程计算出干扰力矩引起的星体颤振角位移和颤振角速度代入TDI CCD相机成像像移补偿模型;利用TDICCD相机像点与物点对应模型的仿真系统仿真了陀螺转子在不同转速下引起星体颤振角位移和角速度对相机成像的影响;最后,利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像质量。仿真显示：SGCMG转子在转速为3 000 r/min时,横向调制传递函数为0.997,图像互相关相似性测度为0.996 1;转速为6 000 r/min时,横向调制传递函数为0.928 3,图像互相关相似性测度为0.974 8。结果表明：SGCMG转子在高速旋转过程中引起的星体颤振角位移和角速度严重影响了TDI CCD相机的成像质量,应依据颤振的影响对SGCMG实施减震措施。     

翻转陀螺的动力学方程及其守恒量

正引言在理论力学的教学中,老师通常以陀螺为例介绍刚体运动的一些特殊性质,例如进动、章动、网球拍效应等。在普通物理实验中,老师有时也会使用一种称为翻转陀螺的小玩具来向同学们展示陀螺运动的奇异行为。在重力和摩擦力的作用下,转动的翻转陀螺会整个翻转180度。虽然翻转陀螺是一个不可积系统,但我们仍然能利用运动方程定性讨论其运动情况。     

单向旋转的陀螺

<正>Kenneth Brecher利用数学常数设计了旋转陀螺，其中运用了费恩海姆常数(Feigenbaum constant)，它能产生一个具有优先旋转方向的陀螺。旋转陀螺是一个经典的儿童玩具，它的旋转和摆动可以娱乐几个小时。但对Kenneth Brecher来说，陀螺不仅仅是玩具：它是一种用实际行动展示物理和数学的方式。在过去的六年里，这位退休的波士顿大学天体物理学家一直在优化旋转陀螺的设计，使其旋转的时间更长，他的方法是将数学常数纳入陀螺的维度中。在最近的2021年布里奇斯会议(Bridges conference)上，Brecher展示了他的最新的研究——一种名为回旋陀螺的单向旋转装置，     

基于视觉测量技术的控制力矩陀螺框架伺服系统标定研究

控制力矩陀螺作为航天器姿态控制的一个重要部分,对其输出力矩的速度及精度要求越来越高。目前,对于高精度的框架控制性能进行标定和验证,大都是依靠控制力矩陀螺自身角度位置传感器进行评价,精度存在一定的误差。针对这种情况,设计了一种独立于控制力矩陀螺的视觉测量标定方式。在力矩陀螺上安装6个测量靶标,靶标在相机成像平面上呈现出由离散点组成的圆弧,对标志点中心进行定位,获得高精度像元提取精度,进一步处理得到二维像点坐标,拟合出圆心和半径;根据相片上像点位置及时间信息,计算得出控制力矩陀螺在不同时刻的角速度。采用快速傅里叶变换对角度信息进行处理,得到频率和相应的幅值,根据幅值计算框架绝对稳定度及相对稳定度,最后对框架角速度控制精度和角速度稳定度进行分析。试验表明,角速度绝对稳定度不低于0.02,相对稳定度不低于0.7%,且随着角度的增大稳定度逐渐提高;角位置测量精度经过实验验证可以达到1″,满足控制力矩陀螺高精度标定要求。     

电磁控制陀螺转子进动角速度的计算

分析了现代激光制导武器中陀螺稳定光学系统式位标器的两种进动控制方式———受控磁环轴向充磁与控制线圈径向布置和受控磁饼径向充磁与控制线圈轴向布置。由现代电磁场理论 ,磁体在磁场中的受力及进动理论 ,分别推导出了它们的进动角速度的计算公式 ,并进行了第一种进动控制方式的计算机模拟计算 ,结果与实际相符     

转动刚体角动量的复杂关系——兼谈不同参考系选择的意义

一道貌似简单的刚性陀螺运动题,牵扯出大学物理教学中一个被忽略的问题——刚体同时绕相互垂直的轴旋转时角动量的计算.本文从一道题目的解答入手,阐述刚体(陀螺)旋转的角动量复杂关系,推导出简易、约束陀螺的正确角动量变换关系.同时讨论选择惯性参考系与非惯性参考系时对问题求解有不同难度的问题.