固定轴的角动量守恒涉及到固定在轴上的物体的角动量。如果物体在固定轴上受到某种力的作用,但这个轴的方向没有发生变化,那么就可以说固定轴的角动量守恒。
具体来说,如果一个物体在固定轴上受到的外力相对于轴的合力为零,或者这个合力的大小和方向始终保持不变,那么就可以说固定轴的角动量守恒。这种情况通常发生在物体围绕固定轴旋转的情况中,例如一个刚体的旋转。
需要注意的是,角动量守恒的条件是物体受到的合外力对轴的矩率为零,也就是说物体受到的合外力与物体对轴的角动量垂直。此外,角动量守恒的条件还可能涉及到其他物理量的守恒,如动量守恒、能量守恒等。
假设有一个简单的系统,由两个固定在地面上的刚体组成,它们之间的距离为L。这两个刚体可以看作是两个固定轴,我们将在它们之间施加一个力矩,力矩的大小为M。
在这个系统中,每个刚体的质量为m,初始时它们都处于静止状态。现在,我们向其中一个刚体施加一个微小的角速度w,那么这个刚体的角动量就会发生变化,而另一个刚体的角动量也会相应地变化。
在这个过程中,角动量的变化率等于施加的力矩。如果施加的力矩等于物体受到的合外力矩,那么角动量就会守恒。
F_net = 0
dL_1/dt = M
dL_2/dt = -M
其中F_net表示合外力,L_1和L_2分别表示两个刚体的角动量,M表示施加的力矩。
这个方程组描述了系统的状态变化。如果初始条件给定,那么这个方程组就可以求解出系统的最终状态。在这个例子中,初始条件是两个刚体都静止,角动量L_1和L_2都为零。