介紹播報
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角動量/動量矩這一概念是精典數學學上面的重要組成部份,角動量的研究主要是對于物體的轉動方面,而且可以延展到量子熱學以、原子化學及天體化學等方面。
角動量/動量矩可從另一側面反映物體運動的規律。事實上,角動量不但能描述宏觀物體的運動,并且在近代數學理論中動量矩定理求角加速度,角動量對于表征狀態也必不可少。角動量守恒定理在精典數學學、運動生物學、航空航天技術等領域中的應用十分廣泛。角動量在20世紀已成為繼動量和能量之外的熱學中的重要概念之一。
定義播報
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在現行的普通化學教材中,熱學中的三大守恒定理,即動量守恒定理、動量矩守恒定理和機械能守恒定理。現代數學學業已證明這種守恒定理是和時空對稱性相聯系的:動量守恒定理與空間平移對稱性相聯系;動量矩守恒定理與空間轉動對稱性相聯系;能量守恒定理與時間平移對稱性相聯系。由上述對稱性可導入相應的守恒定理,進一步導入牛頓運動定理。[2]
動量矩守恒條件:亦稱角動量守恒,合外扭力為零,合外力不一定為零。描述物體運動狀況的有2條路線,牛頓發展的是動量變化等于合外力與時間乘積。萊布尼茲發展的動能的變化是合外力與位移乘積。2條發展路線爭辯了很多年,最后才曉得2條路線都可以描述物體運動狀態。并且,后來發覺動量不能描述旋轉物體的狀態,一個靜止的圓盤和一個旋轉圓盤,她們動量都為0,而且一個物體靜止一個物體旋轉難以分辨,所以用角動量來描述物體的狀態,形成角動量守恒定理。
相關概念播報
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角動量/動量矩這一概念范疇系統的介紹的扭矩、角速率、角加速度的概念,但是統籌的聯系到質點系、質情系、對稱性等概念。
扭力:在數學學里,轉矩可以被想像為一個旋轉力或混戰,造成出旋轉運動的改變。這個力定義為線型力除以徑長。根據國際單位制,扭矩的單位是牛頓-米。
角速率:角速率是一個矢量,它的方向由左手螺旋法則決定,描述轉動快慢的程度。
角加速度:描述角速率變化快慢的程度。
質點系:包含兩個或兩個以上相互有聯系的的質點組成的熱學系統稱作質點系。質點系內各質點除了可遭到外界物體對質點系的斥力──外力的作用,并且還遭到質點系內各質點之間的互相斥力──內力的作用。外力或內力的分辨取決于質點系的選定。
質情系:質情系就是以剛體為座標原點并隨剛體一起平動的參照系。[3]
對稱性:
質點的角播報
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當質點所受的合外扭力為零時,其角動量守恒。依據動量矩定律推導,當合外扭力為0時動量矩定理求角加速度,其動量矩保持不變,這就是動量矩守恒定理,即當M=0時,Jw=恒矢量。
質心的角播報
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質心所遭到的合外扭力為零時,其角動量守恒。
質心是特殊的質點系,其上各質點間的相對位置保持不變,是受力時形狀和容積不改變的物體。質心平動:質心上任意兩點的連線,在運動過程中一直保持平行的運動。質心轉動:質心上所有的點都繞某一條直線作圓周運動,該直線稱為質心轉軸。
當作用在定軸轉動質心上所有力對轉軸之矩的代數和為零時,依據動量矩定律式,質心在運動過程中動量矩保持不變(守恒)。因為質心繞給定軸轉動力矩為一常量,故有質心的角速率保持不變,此時質心作慣性轉動。這一結果與平動物體的慣性運動相對應。