太空中上演的神奇實驗（三）

自從人類把航天器成功送入太空，各種科學(xué)實驗就開始了。這些太空實驗千姿百態(tài)，妙趣橫生，增加了人們對太空的了解。推動了航天科技的發(fā)展。在地面上。陀螺受到外力后轉(zhuǎn)動一段時間就會停下來，在太空中，旋轉(zhuǎn)的陀螺會停下來嗎？它運(yùn)動的位置如何確定呢？

請同學(xué)們來看王亞平做的第三個太空實驗：旋轉(zhuǎn)陀螺——定向儀。

實驗過程：如圖1，王亞平拿起一個靜止的陀螺。懸空放置，給它一個干擾力，這個靜止的陀螺開始翻滾著向前運(yùn)動，它的軸向發(fā)生了很大的改變。隨后，王亞平把它抓回來，讓它旋轉(zhuǎn)起來，放到同樣位置，給它同樣的干擾力。這次，陀螺不翻滾了。而是晃動著向前“走”很快。王亞平再次把它抓回來。然后拿出另一個陀螺，讓它們一個靜止、一個旋轉(zhuǎn)，給它們同樣的干擾力。結(jié)果，靜止的陀螺開始翻滾著向前移動，而旋轉(zhuǎn)的陀螺雖然晃動著。但是軸向基本沒有改變。

專家解讀：轉(zhuǎn)動的陀螺具有“定軸性”，何為定軸性？就是當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時，陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸在慣性空間中的指向保持穩(wěn)定不變的特性，也稱為穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量（剛體繞軸轉(zhuǎn)動時慣性的量度）和角速度愈大，穩(wěn)定性愈好。定軸性遵守角動量守恒定律——在沒有外力矩作用的情況下，物體的角動量會保持恒定。航天員瞬時施加的干擾力不能產(chǎn)生持續(xù)的力矩，由于角動量守恒，高速旋轉(zhuǎn)陀螺的旋轉(zhuǎn)軸就不會發(fā)生很大改變。而這一點(diǎn)在地面上之所以很難實現(xiàn)。并不是因為角動量守恒定理不成立。而是因為陀螺與地面摩擦產(chǎn)生的干擾力矩等因素改變了陀螺的角動量，使其旋轉(zhuǎn)速度逐漸降低，不能很好地保持旋轉(zhuǎn)方向。

王亞平介紹說，高速旋轉(zhuǎn)陀螺的定軸特性在航天領(lǐng)域用途廣泛，在“天宮”一號目標(biāo)飛行器上。就裝有各式各樣的陀螺定向儀。正是有了它們，才能精準(zhǔn)地測量和矯正航天器的飛行姿態(tài)。

點(diǎn)撥：同學(xué)們可先來了解一下動量的知識。如果不理解其中的含義，沒關(guān)系，只記住一個簡單的公式即可，動量p=mv，m表示質(zhì)量，v表示速度，動量p方向與速度方向相同。角動量在經(jīng)典力學(xué)中表示為到原點(diǎn)的位移和動量的叉乘（高中會學(xué)到叉乘知識）。通常寫作L，L=rp，其中，r表示質(zhì)點(diǎn)到原點(diǎn)的位移，p表示動量。在不受外界作用時，角動量是守恒的。有興趣的同學(xué)可以閱讀高中課本的相關(guān)內(nèi)容，說不定會有更多的收獲。

高速旋轉(zhuǎn)的陀螺具有很好的定軸性。陀螺這一特性在天上、地下完全一樣。因此，有很多設(shè)備都是用陀螺組合來定向。在某些高檔轎車上就安裝了測量車身縱向和橫向擺動的陀螺傳感器。可以實現(xiàn)車身穩(wěn)定度的控制。

責(zé)任編輯 蔡華杰