在经典力学中,一个系统在某个方向上的角动量守恒,意味着在这个方向上,系统的动量保持不变。具体来说,如果一个系统在某个方向上受到的合外力为零,那么这个方向上的角动量就会保持不变。
在三维空间中,一个物体在 x 轴、y轴、z轴三个方向上的角动量分别可以通过以下公式来表述:
Lx = r1p1 + r2p2 + r3p3
Ly = r3p1 - r2p3
Lz = r4p1 + r5p2
其中,r1到r5是物体在这个方向上的位置矢量,p1到p3是物体在这个方向上的动量。这些公式表明,在三维空间中,一个物体在三个方向上的角动量是独立的,不会相互影响。
在其他方向上,角动量守恒的情形可能会有所不同。例如,在二维空间中,一个物体在两个方向上的角动量可能就会相互影响。具体的情况会取决于物体在这个方向上的受力情况。
问题:一质量为 m 的小球,在光滑的水平面上以速度 v 绕垂直于水平面的轴旋转。现用一个与小球旋转平面垂直的力 F 作用在该小球上,使其在新的方向上获得速度 v'。求在这个过程中,小球的角动量守恒吗?
分析:
1. 小球在旋转平面内旋转时,其角动量为 P = mvr,其中 r 是小球到旋转平面的距离。
2. 当小球在新的方向上获得速度 v' 时,其新的角动量为 P' = m(v+v')r。
解答:
结论:在这个过程中,小球的角动量 P' 保持不变,因为力 F 不会改变小球的角动量。