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关于陀螺为什么不倒,有一个疑问

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本人物理学理学学士。
【简述】
陀螺在初始的下倾过程中,X轴方向的角动量为什么不守恒?
【约定】
建立固定的坐标系,令:
重力方向为Z轴负方向;
陀螺初始位置为Z轴向X轴倾斜45°角,自转与进动都为逆时针(在Z轴有正的分量)。
陀螺有一端在原点稳定的支撑。另一端在初始时由细绳吊着。陀螺只有稳定的角动量,无其他运动。
若需定量讨论,以下物理量为1:重力、重力臂、重力矩;陀螺的转动惯量、初始角速度、初始角动量。
【理论】
t=0时,剪断绳子。
陀螺不会立刻绕Z轴进动,否则Z轴角动量不守恒。因为Z轴角动量除了陀螺自转角动量外,还有进动的角动量。
这时候陀螺的重心会降低,也就是确实会向下倾倒一个角度。自转角动量在Z轴上的减少,也由进动角动量补充上去。这样才开始了进动。
在这个过程中,因为重力矩是Y方向的,所以陀螺Z轴方向的角动量始终守恒。Y轴方向角动量的变化率等于重力矩。
——问题来了,既然陀螺有一个短暂的向下倾倒,X方向的角动量就会变大。而没有X方向的力矩,X方向的角动量为什么不守恒?——
在经过一段时间后,根据角动量定理,重力矩等于角动量的导数。稳定的进动。
【实验】
为此,我做了实验,可惜这里没法放视频。
陀螺确实有一个短暂的纯下倾动作,(这个短暂的过程就只有向下,没有进动,)然后震荡着进动。
然后可能由于阻力影响,最终稳定的进动(重力矩等于角动量的变化量)。
——问题来了,在初始下倾的一瞬间,X方向的角动量为什么不守恒?——
想了很久,也找人讨论了,但一直没搞明白。如果要保证初始一瞬间的X方向角动量守恒,那么陀螺初始的时候,角动量就要向Y轴偏转,但实验是向Z轴负方向偏转。
PS:不要简单的说角动量定理解释了陀螺为什么不倒,如果陀螺倒了,陀螺绕Y轴的倾倒,也是终于Y轴重力矩的。并且实验也证明了陀螺不是一开始就瞬间拥有进动速率的。它确实有一个很快下倾的过程。
PPS:会不会在下倾得过程中,角动量变小了呢?我也尝试把初始的倾角改为1°,用一个力把它从1°拉到89°,它的自转角速度并没有变小。
PPPS:虽然不能做实验,但是提供一篇参考文献吧:
南京大学 梁昆森 旋转的陀螺为什么不倒,第二页的截图:


IP属地:河南1楼2023-10-23 02:05回复
    陀螺有个脚。
    你拿一根筷子,让它倒下,角动量也不守恒。


    IP属地:中国台湾2楼2023-10-23 10:03
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      实验链接:网盘链接
      提取码:1111


      IP属地:河南来自iPhone客户端3楼2023-10-23 10:13
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        你做实验的时候,陀螺接触的是光滑平面吗


        IP属地:江苏来自Android客户端4楼2023-10-23 11:44
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          下倾是因为竖直方向受力不平衡导致的自由落体吧,剪短绳子瞬间支撑点给的支持力应该还是1/2mg


          IP属地:陕西来自Android客户端5楼2023-10-23 11:54
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            理论力学有好大一部分讲这个,什么欧拉潘索条件啥的,有点忘了


            IP属地:辽宁来自Android客户端6楼2023-10-23 12:23
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              理学学士跑过来问贴吧小学生?


              IP属地:山西来自Android客户端7楼2023-10-23 13:19
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                我博士面试题就问了这个,不过只要我解释进动,你说的那个下倾是章动吧,理论力学讲过但是我也记不清了


                IP属地:湖南来自Android客户端9楼2023-10-23 14:52
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                  进动和章动同时发生的吧,章动使Ⅹ轴方向角动量变大进动使之变小,两个正好抵消掉,完美


                  IP属地:山东来自Android客户端10楼2023-10-23 16:15
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                    不是纯下倾,你静止释放,在它开始加速下倾的同时就开始加速进动了,只不过可能你这个陀螺比较瘦长,进动角速度只需要很小就能弥补。你可以试试拿个自行车轮子做你这个实验,应该会很明显感觉到松手的时候不是垂直下倾的


                    IP属地:安徽来自Android客户端12楼2023-10-23 16:34
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                      用高中物理解释一下


                      IP属地:广东来自Android客户端13楼2023-10-23 20:17
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                        感谢12楼大佬答疑,我明白了。


                        IP属地:河南来自iPhone客户端14楼2023-10-24 00:42
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                          拉格朗日泊松情况


                          IP属地:广东来自iPhone客户端16楼2023-11-02 23:19
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