探索角动量守恒理论
2.角动量守恒定理
从粒子系统的角动量定律
d/dtΣ(r×mv)=Σr×F
当Σr×F=0时,Σ(r×mv)=常数
即当外力矩矢量和为零时,系统弱冠动量守恒,这就是质点系统角动量守恒原理。 因此,应用粒子系统角动量守恒原理的充分必要条件是粒子系统所受的外力与某一中心的外力矩的矢量和等于0。
应用角动量守恒定律时,应注意以下几点:
(1)当角动量守恒时,机械能可以不守恒,此时可以允许机械能与非机械能之间的转换;
(2)外力矩矢量和为零,不要求外力作用相互抵消。 此时ΣF 可能不等于0,即动量可能不守恒;
(3) 当到某一点的外力矩矢量之和不等于0,但绕某一轴的外力矩投影代数和为零时,绕该轴的角动量投影守恒。 这是普通数学教学中常见的绕定轴角动量守恒定律。 注意,此时弱冠的动量向量可能不守恒;
(4) 扭矩和角动量均相对于惯性系中的固定参考点。 选择的参考点不同动量定理转换参考系,力矩和角动量的大小和方向也不同;
(5) 实际问题中,有时不能严格成立Σr×=0,但如果外力的冲量力矩远大于内力的冲量力矩,则可以近似应用角动量守恒;
(6) 角动量守恒定律也适用于刚体参考系。
在以牛顿定理为基础的经典热力学体系中动量定理转换参考系,热学中的三大守恒定理都可以由牛顿定理推导出来。 而且,从历史发展的角度来看,在牛顿热力系统完善之前,这一守恒理论的相关概念就已经在实践中逐渐产生和发展,并多年来拥有广泛的实验基础。 现代科学实验还表明:动量守恒定律和角动量守恒定律完全适用于微观粒子和高速运动物体领域。 实验总结出的化学一般规律不再被视为牛顿定理的结论。
参考:
[1] 刘克哲. 普通化学[M]. 上海:高等教育出版社,2002。
[2] 朱庆. 质心旋转问题[J]. 佛山大学学报,2004,(3)。
[3]朱俊芳. 运动守恒量守恒算法与牛顿核壳模型动力学研究[D]. 广州:广州大学,2007。