旋轉的陀螺

　　1958年10月11日，美國發射的一枚月球火箭失敗了。一經追查，原來是上面的陀螺出了毛病。這枚火箭上裝了一種陀螺導航儀。陀螺是在軸承上轉動的，由于軸承中間有摩擦，使它轉動不靈活，這樣儀器就產生了偏差，使火箭向上仰了3.5度，結果導致火箭沒有擊中月球。
　　普普通通的陀螺，怎么會有這么大作用呢？它又有什么來歷呢？
　　陀螺，其實很簡單，它是同學們十分熟悉的玩具。它的老家在中國，從我國山西夏縣新石器時代的遺址中，就發掘到了石制的陀螺。可見，陀螺在我國最少有四五千年的歷史。
　　在1700年前的晉代，我國還出現了一種有趣的玩具——竹蜻蜓。這種玩具18世紀傳到歐洲后，被西方人稱為“中國陀螺”。
　　為什么把竹蜻蜓叫做“中國陀螺”呢？原來正式提出“陀螺”這個術語的，是19世紀中葉的法國物理學家傅科。在英語中，陀螺就是“回轉體”，竹蜻蜓也可以說是一種陀螺。玩過陀螺的就會注意到：靜止的陀螺，在地面是立不起來的；可是當它旋轉起來以后，就立得很穩了。這是為什么呢？原來一個東西旋轉起來以后，它就具有一種特性：保持旋軸方向不變。陀螺的這種倔強的脾氣，科學家稱為“定軸性”。高速旋轉的陀螺，這個特性更明顯。即使地面上高低不平，或者在斜面上，它也“穩如泰山”。而且，轉速越高，立得越穩。
　　我國傳統的雜技藝術里有個“轉碟”的節目很受觀眾喜愛：演員的雙手舞動著用細長竿頂著的花瓷碟，借助手腕的嫻熟技巧，讓瓷碟高速旋轉起來，同時瓷碟還在竿頭搖擺著，這樣一來，觀眾看到的瓷碟就像彩蝶飛舞了。
　　那旋轉著同時搖擺著的瓷碟為什么不會落下來呢？這里的關鍵是瓷碟在旋轉，如果不轉，碟子就會從竹竿上掉下來。要是只轉不擺，又會失去對觀眾的吸引力，怎樣讓碟子且轉且擺呢？這就要利用陀螺的回轉效應了。瓷碟轉動起來以后，有一根看不見的轉軸，就像我們自制陀螺里的那根火柴棍，由于陀螺（這里是瓷碟）受到外力的作用，轉軸便在起始位置附近做起了圓錐形運動，演員用嫻熟的技巧使頂竿總是頂在轉軸的中心，讓那又轉又擺的碟子落不下來，再利用頂竿轉軸做起圓錐形運動，就使觀眾眼花繚亂了。
　　雜技里的轉碟、耍盤子、丟帽子都是利用陀螺這種怪脾氣，才能玩出很多花樣。科學家也是從雜技轉碟的表演中得到了啟發，制造了新式的陀螺儀。
　　比如把它裝在飛機上，事先讓它的軸對準南北方向，然后讓它高速旋轉。這樣，不管飛機如何改變航向，而陀螺軸總是指向南北方向，這就是絕妙的“指南針”，叫“陀螺羅盤”。
　　1889年，奧地利軍官奧波里首先將陀螺應用在軍事上。他設計的世界上第一架“陀螺自動操縱舵”，安裝在了魚雷上。裝有這種儀器的魚雷，能準確無誤地擊中目標。1904年，德國發明家安許茨制成了航海陀螺羅盤，并將它裝在潛艇上。由于磁羅盤在北極失去作用，而陀螺羅盤在極地也照常工作，所以航海陀螺羅盤在北極探險中起了很大作用。后來，世界上第一輛載人單軌車廂產生了，它能運載40人，這也得歸功于它上面裝有一個大陀螺，依靠它車廂才得以運行穩定。1914年，英國和俄國工程師不約而同地用同樣原理，制成了前后各有一個輪子的“雙輪汽車”。這種車被人稱為“魔車”。這種轟動整個歐洲的魔車不倒的秘密原來也是上面裝了一個大陀螺。
　　從20世紀30年代開始，陀螺儀用到了航空上。之后，又被廣泛應用到火箭、導彈及其他航天器上。
　　編輯/李章