角动量是指物体旋转时所具有的旋转动量。 它与直线运动物体的动量略有不同。
直线运动物体的动量为mv质量为m的物体,旋转物体的动量为mv。
然而,对于旋转物体来说,每个粒子的旋转速度是不同的,这与其旋转半径有关。 因此,物理学规定了某种粒子的角动量。
L=rmv=mωr^2 其中 r 是粒子的旋转半径,ω 是其角速度。
物理学还规定,角动量的方向由右手螺旋定则决定。
旋转物体的角动量等于每个质点的角动量之和。
为什么角动量守恒? 牛顿第一定律指出,物体在不受外力作用时,始终保持匀速直线运动或静止状态。 这就是直线运动的物体动量守恒的原因。 事实上,考夫第一定律也适用于旋转物体。 也就是说,旋转刚体在不受外力作用时,始终保持匀速旋转状态。 这就是角动量守恒的原因。
如果我们想要这个匀速旋转的刚体加速或减速,我们必须对其施加外部扭矩。
由于角动量守恒,随着物体旋转半径的增加,其角速度会减小。
例如质量为m的物体,当人在光滑的冰面上旋转并伸出双臂时,旋转半径增大,旋转角速度减小。
当地球自转时,角动量也守恒。 但地球不是刚体。 它的自转会导致赤道凸起,从而增加自转半径。 因此,地球自转的角速度逐渐减小,昼夜的时间逐渐变长。
以下是我个人的看法:
物理学规定角动量的方向由右手螺旋定则决定。 这是人为的规则,并不是角动量的真实方向。 我不同意这个规定。 我认为最好用顺时针和逆时针来定义角动量的方向。
角动量的公式L=rmv,所以会出现半径的平方,这似乎没有意义。 我觉得这个公式中最好把r去掉,让L=mv=mrω,这样就去掉了半径的平方。 但我没有仔细计算过,所以不知道这样好不好,能不能保证角动量守恒。 而且,光有计算是不够的,还需要计算。 必须用实验来验证。
我想到了这样一个理想的实验:
质量为m的钢球可视为一个粒子。 使用质量可忽略不计的轻质棒连接钢球。 光棒的长度为1。让钢球绕光滑的固定轴水平均匀地自由旋转。 线速度为 v,角速度为 ω1,与空气阻力无关。 当然最好使用两个相同的球对称放置。 旋转时,光棒自动伸长到2,那么此时钢球的角速度ω2是多少?
按照我的观点物理资源网,此时钢球的角速度应该是ω2=1/2ω1,线速度v保持不变,这与直线运动中的动量守恒是一致的。 从物理角度来看,此时钢球的角速度应该为ω2=1/4ω1,线速度是原来的一半。 那么哪一个是正确的呢? 它可能是另一个值吗? 这需要通过实验来验证。
有兴趣的同学可以尝试一下这个实验。 不知道以前有没有人做过这个实验。 这个实验意义重大,甚至可能获得诺贝尔奖。