角動量是指物體旋轉時所具有的旋轉動量。 它與直線運動物體的動量略有不同。
直線運動物體的動量為mv質量為m的物體,旋轉物體的動量為mv。
然而,對于旋轉物體來說,每個粒子的旋轉速度是不同的,這與其旋轉半徑有關。 因此,物理學規定了某種粒子的角動量。
L=rmv=mωr^2 其中 r 是粒子的旋轉半徑,ω 是其角速度。
物理學還規定,角動量的方向由右手螺旋定則決定。
旋轉物體的角動量等于每個質點的角動量之和。
為什么角動量守恒? 牛頓第一定律指出,物體在不受外力作用時,始終保持勻速直線運動或靜止狀態。 這就是直線運動的物體動量守恒的原因。 事實上,考夫第一定律也適用于旋轉物體。 也就是說,旋轉剛體在不受外力作用時,始終保持勻速旋轉狀態。 這就是角動量守恒的原因。
如果我們想要這個勻速旋轉的剛體加速或減速,我們必須對其施加外部扭矩。
由于角動量守恒,隨著物體旋轉半徑的增加,其角速度會減小。
例如質量為m的物體,當人在光滑的冰面上旋轉并伸出雙臂時,旋轉半徑增大,旋轉角速度減小。
當地球自轉時,角動量也守恒。 但地球不是剛體。 它的自轉會導致赤道凸起,從而增加自轉半徑。 因此,地球自轉的角速度逐漸減小,晝夜的時間逐漸變長。
以下是我個人的看法:
物理學規定角動量的方向由右手螺旋定則決定。 這是人為的規則,并不是角動量的真實方向。 我不同意這個規定。 我認為最好用順時針和逆時針來定義角動量的方向。
角動量的公式L=rmv,所以會出現半徑的平方,這似乎沒有意義。 我覺得這個公式中最好把r去掉,讓L=mv=mrω,這樣就去掉了半徑的平方。 但我沒有仔細計算過,所以不知道這樣好不好,能不能保證角動量守恒。 而且,光有計算是不夠的,還需要計算。 必須用實驗來驗證。
我想到了這樣一個理想的實驗:
質量為m的鋼球可視為一個粒子。 使用質量可忽略不計的輕質棒連接鋼球。 光棒的長度為1。讓鋼球繞光滑的固定軸水平均勻地自由旋轉。 線速度為 v,角速度為 ω1,與空氣阻力無關。 當然最好使用兩個相同的球對稱放置。 旋轉時,光棒自動伸長到2,那么此時鋼球的角速度ω2是多少?
按照我的觀點物理資源網,此時鋼球的角速度應該是ω2=1/2ω1,線速度v保持不變,這與直線運動中的動量守恒是一致的。 從物理角度來看,此時鋼球的角速度應該為ω2=1/4ω1,線速度是原來的一半。 那么哪一個是正確的呢? 它可能是另一個值嗎? 這需要通過實驗來驗證。
有興趣的同學可以嘗試一下這個實驗。 不知道以前有沒有人做過這個實驗。 這個實驗意義重大,甚至可能獲得諾貝爾獎。