陀螺與平衡環(huán)

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佚名 2025-03-26 11:18:23

兒童們對(duì)玩陀螺極感興趣。當(dāng)用鞭繩抽打陀螺時(shí)

，陀螺在地面上的運(yùn)動(dòng)令人樂趣無窮

，莫測(cè)其妙

。它既在某一錐面上作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

，稱為進(jìn)動(dòng)，又繞著自己的中心軸作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

；同時(shí)

，在進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的附近作極小輻度的抖動(dòng)，稱為章動(dòng)

。

圖2-14

(圖2-14)如果抽打得法

，陀螺快速運(yùn)動(dòng)之后，就斜立在地面上而不會(huì)倒下

，每次回轉(zhuǎn)的途徑實(shí)際上也并不相同

。明代劉侗和于奕正合著的《帝京景物略》一書中，詳細(xì)記述了陀螺的形狀

、結(jié)構(gòu)

、制造和玩耍方陀螺的運(yùn)動(dòng)法。他們寫道：

卓于地

，急掣其鞭

。一掣，陀螺則轉(zhuǎn)

，無聲也

。視其緩而鞭之，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)無復(fù)往

。轉(zhuǎn)之疾

，正如卓立地上，頂光旋旋

，影不動(dòng)也

。

劉侗和于奕正雖未曾道出“進(jìn)動(dòng)”、“自轉(zhuǎn)”

、“章動(dòng)”這些運(yùn)動(dòng)名稱

，但他們對(duì)陀螺回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作出了再恰當(dāng)不過的描述?div id="jfovm50" class="index-wrap">！白苛⒌亍?div id="jfovm50" class="index-wrap">，就是指陀螺在快速運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)倒下

；而“轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)無復(fù)往”，即每一周旋轉(zhuǎn)的途徑各不相同

。

中國(guó)人一代一代地玩陀螺

，大概有幾千年的歷史了。但究竟起源于何時(shí)

，無從查考

。從《帝京景物略》的記載推之，從歷代眾多的雜技百戲看

，它可能起源于唐宋年間

。新石器時(shí)代有一種陶制(或石制)的紡錘，它是一種紡紗用的工具

。陀螺很可能是從紡錘發(fā)展來的

。偶爾人們發(fā)現(xiàn)，紡錘掉落地上具有獨(dú)特有趣的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

，于是它就會(huì)被當(dāng)成一種玩具

，并發(fā)展出多種形式的陀螺。

近代的回轉(zhuǎn)器(又稱陀螺儀)

，其中央的回轉(zhuǎn)輪的運(yùn)動(dòng)也是陀螺運(yùn)動(dòng)

。它在工業(yè)中得到廣泛運(yùn)用。只要將陀螺安置在平衡環(huán)中

，就成了近代回轉(zhuǎn)器(圖2-15)

。而構(gòu)成回轉(zhuǎn)器的極為重要的平衡環(huán)，也是我國(guó)古代人發(fā)明的

。古代稱它為“被中香爐”

。

圖2-15近代回轉(zhuǎn)器

古代人有焚香除臭、熏煙滅蟲的習(xí)慣

。將香草置于熏爐內(nèi)燃燒，熏爐置于被褥內(nèi)

，晚寢時(shí)便有清香之快感

。據(jù)史載，這種習(xí)慣始于西周時(shí)期

。然而

，若熏爐并非是一種特殊機(jī)構(gòu)，人們自當(dāng)格外小心

，否則

，將引起燒毀被褥、乃至火災(zāi)之患

。西漢時(shí)

，長(zhǎng)安巧工丁緩發(fā)明“被中香爐”

，不僅解除了熏爐引發(fā)火災(zāi)的憂慮，而且也是科學(xué)史上一大創(chuàng)造

。據(jù)《西京雜記》卷一記載：“為機(jī)環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)四周

，而爐體常平?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">？芍弥蝗?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，故以為名?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！倍【彽陌l(fā)明顯然類似于圖2-15回轉(zhuǎn)器的機(jī)架

，在工程上稱之為“常平支架”。所謂“機(jī)環(huán)”

，也就是在支架軸心線上互相垂直的各個(gè)金屬環(huán)

。有幾個(gè)大小相套的機(jī)環(huán)，物理學(xué)上就稱為有幾個(gè)自由度

。只要有兩個(gè)自由度就可以保持盂的常平狀態(tài)

，因而又稱它為平衡環(huán)。在內(nèi)環(huán)軸上懸掛一盂形的容器

，容器里放引燃生煙的香草

。任憑如何轉(zhuǎn)動(dòng)香爐的爐體，其盂內(nèi)的炭火或香草都不會(huì)被倒出盂外

。

司馬相如(公元前179-前117年)在其詩(shī)《美人賦》中也曾為之頌道：“金鉔〔za匝〕熏香

，黼〔fu府〕帳低垂”。所謂“金鉔”

，即“香球

，衽席間可旋轉(zhuǎn)者”。漢以后