根據(jù)剛體繞定軸旋轉(zhuǎn)的角動量定理,如果剛體繞定軸旋轉(zhuǎn)時的凈外力矩為零,即剛體繞定軸旋轉(zhuǎn)時,如果剛體軸線上的凈外力為零(或不受外力矩作用)什么是剛體的定軸轉(zhuǎn)動,剛體相對于同軸軸線的角動量保持不變。 這就是剛體繞固定軸旋轉(zhuǎn)的角動量守恒定律。
這個原理主要用于天文學(xué)。 天體運動時其自轉(zhuǎn)并不改變。
注解:
(1)單個剛體相對于固定軸的轉(zhuǎn)動慣量I保持不變。 如果施加在同軸上的外力的總外力矩M為零,則剛體相對于同軸的角動量守恒,即任意時刻的角動量應(yīng)等于初始時刻的角動量,即,因此。 此時物體繞固定軸以勻角速度旋轉(zhuǎn)。
(2) 當(dāng)物體繞固定軸旋轉(zhuǎn)時,如果其繞軸轉(zhuǎn)動慣量是變化的,那么在角動量守恒的條件下,物體的角速度隨著轉(zhuǎn)動慣量I的變化而變化,但兩者的乘積卻保持不變,所以當(dāng) I 變大時,它就變小; 當(dāng)我變小時,它就變大。 芭蕾舞演員表演時就是這種情況。
(3)人手持啞鈴在轉(zhuǎn)盤上的自由旋轉(zhuǎn)是繞固定軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)角動量守恒的特例。 因為人、轉(zhuǎn)盤和一對啞鈴的重力以及地面對轉(zhuǎn)盤的支撐力都平行于旋轉(zhuǎn)軸,所以不會產(chǎn)生扭矩什么是剛體的定軸轉(zhuǎn)動,M=0,所以角動量系統(tǒng)應(yīng)始終保持不變。