角动量守恒-陀螺旋转的原理

　　自行车越慢越容易倒，驾驶自行车不需要高超的平衡术，关键是让自行车动起来。物理学家把这个问题研究的很透彻，但是很多人还是不明白。

　　物理学家的解释是”角动量守恒“，这个解释言简意赅，专业性很强，也是陀螺旋转的原理。其实有更接地气，更容易理解的解释方法，比如加速度。

　　用加速度解释为什么行驶的自行车不会倒

　　速度矢量三角形

　　单位时间内，速度改变量越大，加速度越大，所需要的力量也越大。由相似三角形的概念可知：车轮旋转速度a和b越大，车轮倾斜产生的加速度越大，也就是让自行车倾倒所需要的力量也越大。

　　骑自行车时，不平衡力是自行车倾倒，速度越快，不平衡力产生的倾斜角度越小。如果自行车停止时，1秒内倾倒10°，运动时，可能只会倾倒2°，骑手调节平衡就容易多了。

　　这就像一个玻璃珠，如果慢慢地滚动，另一个玻璃珠的碰撞可以明显改变它的方向。如果玻璃珠极速滚动，经过另一个玻璃珠相同力度的碰撞后，它的方向几乎不变，笔直的向前滚动。

　　加速度同样可以解释骑自行车时双手松开车把手。自行车速度越快，龙头转向的所需要的力量越大。最明显的就是弯道，速度过快时，车轮会打滑。当然，双手脱把的危险性高，读者不要心痒尝试。

　　当然，如果把这些解释统一整理归纳，最后又会得到“角动量守恒“定理，在物理学中，他们是等价的。

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个人解释思路：旋转有一股向外甩出的力，沿着圆周运动的边缘均匀向外甩出。

假设当陀螺开始出现倾斜倒地的趋势时，这是倾斜角度很小、旋转速度依然很快，那么在陀螺圆周边缘甩出的力就不再是水平的了，可以将这些力分解成水平方向和垂直地面方向，那么会发现垂直地面方向的力远小于水平方向的力，如果陀螺仪以地面接触点作为支点，那么水平方向向外拉的力矩，很容易就将陀螺仪拉至水平方向旋转。

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　　在物理中，我们会谈到两种运动：第一种是直线运动，即当你推动一个物体时，它会向前进;第二种，自旋，是一个物体的旋转，也就是在原地绕它的轴线旋转。一个直线运动的物体会永远保持直线运动状态，直到有外力(比如与地面的摩擦力)，使它减慢速度，然后停止运动。物体旋转时也是同样的原理，它会一直旋转，直到有东西使它停止。

　　但是与直线运动不同的是，自旋可以加快速度。我们举个例子，如果一个滑冰运动员在冰面上直线滑行，然后收缩手臂，她会继续以同样的速度滑行;但是如果她在冰上旋转，然后把手臂收紧，你知道接下来会发生什么——她会旋转加速——这也叫做角动量守恒定律。从数学的角度来讲，角动量是两个数的积，一个数是旋转速度，另一个是该物体与定点的距离。由角动量守恒定律可知，当一个物体自由旋转时，其中一个数据增大，另一个就会减小。当手臂收紧，旋转加速，手臂张开，旋转减速。

　　旋转也会产生其它的效应，如果你在旋转木马上，向你的朋友扔一个球，它的轨道看上去是弯曲的，但其实，它并没有弯曲，其实是直线运动，而你才是处在一个弯曲路线中的。但是从你的视角，抛出去的球看上去走弯路了——我们把这个称作科里奥利力。

　　你以为自己是静止的，但你此时此刻，每分每秒都骑在一个旋转木马上。这个“旋转木马”就是地球——这个每天都绕它的轴旋转一圈的球体。但是为什么地球会旋转呢?这就要从几十亿年前说起。

　　那时，太阳、地球，以及所有的行星都没有形成，只有一团尘埃和气体。这团尘埃和气体在引力的作用下开始崩塌，注意，在它崩塌之前，这团星云一直轻微地旋转。所以在它崩塌时，就像滑冰运动员收紧手臂一样，它旋转得越来越快。