角动量守恒转椅


角动量守恒转椅







操作说明:

坐在转椅上,把你的手臂伸出来,用你的脚使自己做一个小幅的转动,然后将手臂拉回身体,感受旋转如何变化。再分别拿起哑铃和车轮重复上述动作。


产品简介:

当你的手和哑铃远远离身体,如果你在椅子上慢慢转动,那么他们在你身体周围的大轨道上有一定的速度(动量)。即使你收紧手臂,他们也保持这种(转动的)势头。当你抱紧手臂时,手和哑铃在身体周围只有一个小轨道。以相同的速度,他们用更少的时间转动一圈即旋转更快。所以你可以加速你的旋转,而不需要别人推动你。这常见于滑冰运动员用脚尖旋转,或是体育运动员翻跟头时的运动。当你手持转动的车轮坐在椅子上,如果你将车轮向右倾斜到垂直方向,则车轮向左转,然后转椅会向右转。如果将车轮向左倾斜,则车轮向右转,然后转椅会向左转,当你将车轮移回起始位置时,椅子会停止转动。


原    理:

‌角动量守恒定律‌是物理学中的一项基本定律,它描述了在没有外力矩作用或所受外力矩为零时,系统的角动量保持不变。这一原理反映了质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。‌

角动量守恒的条件

角动量守恒的条件是系统不受外力作用或所受外力对某定点的合力矩始终等于零。具体来说,当合外力矩(M外)为零时,系统的角动量(L)保持不变,即L1=L2,其中L为常矢量。

角动量的定义和计算

角动量是描述物体转动状态的物理量,定义为位置矢量与动量矢量的叉乘。对于质点,其角动量L可以表示为L=r×mv,其中r是质点关于某点的位置矢量,m是质量,v是速度。

应用实例

‌天文学‌:在天体运动中,角动量守恒定律有着广泛的应用。例如,行星在太阳的引力作用下绕日运动,由于太阳的引力对行星的力矩为零,因此角动量守恒,这解释了开普勒第二定律,即行星在相等时间内扫过的面积相等。

‌体育运动‌:在跳远和走路等运动中,角动量守恒也有实际应用。例如,跳远时,如果不向上摆手来抵消脚产生的力矩,运动员可能会向前翻转。走路时,甩手可以帮助维持身体的平衡,防止因合外力矩不为零而导致的身体失衡。


应    用:

角动量守恒在生活和科学研究中有广泛的应用‌。在天体运动中,角动量守恒定律可以用来解释行星、卫星等天体的轨道运动规律。例如,哈雷彗星在接近太阳时速度加快,而远离太阳时速度减慢,这就是因为其角动量守恒。在陀螺仪中,角动量守恒定律使得陀螺仪在导航和稳定控制等领域有广泛应用。当外力矩作用时,陀螺仪能够保持其旋转轴方向不变。‌1

‌角动量守恒在科学研究中的应用‌包括宇宙学、力学、热力学和核物理学等领域。在宇宙学中,角动量守恒定律描述了天体的角动量在时间上保持不变的性质。在力学中,角动量守恒定律可以解释物体的加速度与角动量的关系。在热力学中,角动量守恒定律用于描述孤立系统中的熵增加过程。在核物理学中,角动量守恒定律用于描述核反应中的角动量分布。

‌角动量守恒的基本原理‌是当系统不受合外力矩或所受合外力矩为零时,系统的角动量保持不变。角动量是一个矢量,其大小和方向都保持不变。刚体定轴转动的角动量守恒定律指出,如果刚体所受外力对轴的合外力为零,则刚体对同轴的角动量保持不变。




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