
【化】 spherical top
ball; globe; orb; sphere; the earth
【醫】 ball; balloon; bulb; bulbi; bulbo-; bulbus; globi; globus; glomera
glomus; orb; sphaer-; sphaero-; sphere; sphero-
top
【化】 top
【醫】 spinning top
球陀螺(Spherical Top)的漢英詞典釋義與物理特性解析
球陀螺指一種理想化的剛體,其幾何結構呈完美的球體對稱性,且三個主轉動慣量相等(即 ( I_x = I_y = I_z ))。其運動特性表現為:
英文術語為"Spherical Top",其核心定義為:
A rigid body whose three principal moments of inertia are equal, resulting in spherical symmetry of its inertia tensor.
該術語區别于普通陀螺("Top"),強調其物理對稱性而非玩具屬性。
轉動穩定性
因轉動慣量各向同性,球陀螺旋轉時不受方向約束,角動量 ( mathbf{L} ) 與角速度 ( mathbf{omega} ) 始終平行:
$$ mathbf{L} = I mathbf{omega} $$
其中 ( I ) 為标量轉動慣量。
無外力矩下的運動
根據歐拉動力學方程:
$$ I frac{dmathbf{omega}}{dt} = mathbf{tau} $$
當外力矩 ( mathbf{tau} = 0 ) 時,角速度恒定,無進動或章動(區别于非對稱陀螺)。
量子力學中的類比
在分子光譜學中,"球陀螺分子"(如甲烷CH₄)的轉動能級簡并度最高,能譜公式為:
$$ E_J = frac{hbar J(J+1)}{2I} $$
其中 ( J ) 為轉動量子數。
《物理學名詞》(全國科學技術名詞審定委員會)
定義球陀螺為“三個主轉動慣量相等的剛體”,收錄于力學分支術語庫。
來源:全國科學技術名詞審定委員會官網術語庫
《英漢物理學詞彙》(科學出版社)
“Spherical Top”對應“球陀螺”,歸類于剛體轉動理論詞條。
來源:科學出版社《英漢物理學詞彙》(第四版)ISBN 978-7-03-052556-0
經典力學著作
朗道《力學》(Landau & Lifshitz, Mechanics)指出球陀螺的對稱性導緻其運動方程最簡。
來源:Landau L.D., Lifshitz E.M. Mechanics (3rd ed.), Pergamon Press.
三種陀螺類型對比表
類型 | 轉動慣量關系 | 運動特征 |
---|---|---|
球陀螺 | ( I_x = I_y = I_z ) | 角速度方向恒定,無進動 |
對稱陀螺 | ( I_x = I_y | |
eq I_z ) | 繞對稱軸進動 | |
非對稱陀螺 | ( I_x |
eq I_y eq I_z ) | 複雜章動與進動疊加|
“球陀螺”是一個物理學術語,其核心特征在于三個主轉動慣量相等(即$I_a = I_b = I_c = I$)。這種對稱性使得它在動力學分析中具有特殊性質,屬于剛體動力學中的對稱陀螺類型。
補充說明:
普通陀螺(非球陀螺)通常指一種玩具或測量裝置(如、3所述),其形狀多為圓錐體,通過旋轉實現平衡或角速度測量。而“球陀螺”更偏向理論模型,用于簡化物理計算或研究剛體運動的對稱性問題。兩者需注意區分:前者是實物,後者是理論概念。
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