慣性是物體有保持原來運動狀態不變的“習慣性”,也就是物體反抗改變運動狀態的一種“惰性”。
當騎車飛馳下坡時,刹車時千萬不要隻捏前閘。如果不慎隻捏了前閘,突然製動前輪,而後輪由於慣性,仍在飛速旋轉,又無法超越前輪,若剛好下坡,後輪高於前輪,那車尾就必將翹起,人也就隻有摔倒的份了。
物體的慣性同物體的質量有關,質量大的物體慣性大,質量小的物體慣性小。這就是為什麼質量龐大高速運行的火車在進站前很遠就開始刹車,而殲擊機為了提高靈活性,要盡量設計得輕便,並且空戰前還要投掉副油箱,盡一切努力減少質量,減小慣性。
高速旋轉的東西有一個特性,就是它能保持轉軸的方向不變。這個特性就叫陀螺的穩定性。陀螺轉起來以後總能保持著轉軸向上,雖然它腳下很尖,卻也不倒。
陀螺的穩定性是轉動慣性的一種表現。為了揭開陀螺穩定性的秘密,不妨再分析一下用紙板和火柴棒做的那種簡易陀螺:它轉起來以後,能尖足著地。這是因為,圓盤轉起來以後,各部分都有了水平方向的速度。
運動慣性要保護原速度的方向不變。對紙板的各部分來說,由於這個向心力是沿著水平盤麵作用的,因而速度方向的改變,隻限於在水平盤麵內發生,並不會發生偏上偏下的變化。也就是轉動的紙板部分都要保持在水平麵內運動,使得轉動平麵和軸線的方向保持不變。當把旋轉的陀螺拋向空中時,隻在軸上加了力,沒有在轉動平麵上加力,所以轉動軸的方向不會改變。
總之,陀螺的穩定性就是陀螺在高速旋轉後,如不受外力作用,轉軸在空間的方向不變,這個特性在各種機械設備上用途甚多。
自行車便是向陀螺學習的一種機械:兩個輪子就像兩個陀螺,隻有轉起來才不倒,輪子轉得越快,穩定性就越高,車就越不易倒。輪子轉得慢,穩定性就差。
鑽頭旋轉起來,有轉動慣性,能保持它轉軸的既定方向,打起孔來就不易歪。
在風浪中顛簸的輪船,為了減少輪船的搖擺,人們在船艙的底部裝上很重的飛輪,讓它高速轉動,由於飛輪能保持自己的轉動軸線方向不變,輪船就有力地抵抗了風浪的影響。
大家知道,慣性與質量有關,質量大,慣性就大。轉動慣性也是這樣,旋轉體的質量大了,轉動慣性也就會增大,因此,機器上的飛輪都做得比較重。
由於飛輪的轉動慣性大,使它轉動起來以後,再改變它的轉速就不那麼容易——大飛輪比較容易保持均勻穩定的轉速。這在許多機器上是極有用的,例如手扶拖拉機的發動機是柴油機,柴油機汽缸的四個衝程中,隻有爆發衝程做功,柴油機使出的力總是一下一下的衝擊力,曲軸的轉動就會不均勻,甚至無法轉動。有了巨大的飛輪情況就不同了,轉動起來也就均勻多了。
要使質量大的旋轉體減速乃至停止轉動,由於它的轉動慣性很大,需要的阻力也就比較大。正像使飛駛的火車減速,由於其慣性很大需要的阻力很大一樣。根據作用力的原理,質量大的旋轉體會對阻礙它轉動的物體產生巨大的反作用力。利用這一點,可以使機械為我們做功:衝床、剪床上的大飛輪就能成為大力士。
艦船在浩瀚的大海裏,飛機在茫茫的天空中,航天器在無際的太空內,都需要隨時知道自己的航向、姿勢、位置和速度。根據陀螺的特性,人們製造了陀螺儀,讓它來當向導。