人在圓盤上走角動(dòng)量守恒的條件是:
1. 人和圓盤之間的相互作用力在人和圓盤的接觸點(diǎn)上,滿足角動(dòng)量守恒定律。
2. 人和圓盤之間的相互作用力是瞬時(shí)存在的,并且大小相等,方向相反。
3. 人和圓盤之間的相互作用力可以忽略不計(jì),因?yàn)槿撕蛨A盤之間的相對運(yùn)動(dòng)速度非常小,所以可以認(rèn)為人和圓盤之間的相互作用力是恒定的。
因此,當(dāng)人和圓盤之間的相互作用力恒定時(shí),人在圓盤上走角動(dòng)量守恒的條件就滿足了。此時(shí),人和圓盤之間的角動(dòng)量守恒定律可以表示為:
Mv + Nω = 0
其中,M是人對圓盤的壓力,v是人相對于圓盤的速度,ω是圓盤相對于地面轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。這個(gè)方程表明,人的角動(dòng)量與圓盤的角動(dòng)量之和為零,即人和圓盤之間的角動(dòng)量是守恒的。
假設(shè)有一個(gè)半徑為R的圓盤,人在圓盤上以一定的速度行走。為了簡化問題,我們假設(shè)人的行走速度為v,圓盤的旋轉(zhuǎn)速度為ω(以弧度/秒為單位)。人的質(zhì)量為m,圓盤的質(zhì)量為M。
在這個(gè)情況下,人相對于圓盤的角動(dòng)量(即角速度乘以質(zhì)點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離)是mvR,而圓盤相對于地面的角動(dòng)量是MRω。角動(dòng)量是守恒的,這意味著角動(dòng)量的總和在人和圓盤之間保持不變。
現(xiàn)在,假設(shè)一個(gè)人在圓盤上走動(dòng)時(shí),不小心跌倒了,他跌倒的方向與圓盤的旋轉(zhuǎn)方向相反。在這個(gè)情況下,人相對于圓盤的角動(dòng)量會(huì)減少,因?yàn)樗牟糠纸莿?dòng)量現(xiàn)在被轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)圓盤的扭矩。
為了保持角動(dòng)量守恒,圓盤的旋轉(zhuǎn)速度必須增加。這可以通過增加圓盤的角速度來實(shí)現(xiàn),因?yàn)榻撬俣瘸艘园霃降扔诮莿?dòng)量。
所以,這是一個(gè)簡單的例子,說明了人在圓盤上走動(dòng)時(shí)角動(dòng)量是如何守恒的。當(dāng)有人跌倒并改變他的角動(dòng)量時(shí),圓盤必須相應(yīng)地改變它的角動(dòng)量以保持總角動(dòng)量的不變。
請注意,這個(gè)例子是為了說明概念而簡化的。在實(shí)際情況下,需要考慮更多的因素,如摩擦力、人的重心位置、圓盤的摩擦特性等等。