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1、谈谈角动量守恒及其应用（胡建13级光电信息2班51305062021） 摘要：简要介绍角动量守恒定律以及其在生活，工程，科学方面的运用。 关键词：角动量守恒定律、应用、自然现象。角动量守恒是物理学的普遍定律之一。反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规 律。在现实生活之中，也有许多方面运用到了角动量守恒定律。本文会较少角动量守恒定律 在生活，工程，科学研究之中的应用。一、角动量定理：（angular momentum）也称动量矩定理表述角动量与力矩之间关系的定理。对于质点，角动量定理可表述为：质点 对固定点的角动量对时间图1角动量定理的微商，等于作用于该质点上的力对该点的力矩。对于质点系，由
2、于其内各质点 间相互作用的内力服从牛顿第三定律，因而质点系的内力对任一点的主矩为零。 利用内力的这一特性，即可导出质点系的角动量定理：质点系对任一固定点O 的角动量对时间的微熵等于作用于该质点系的诸外力对O点的力矩的矢量和。由 此可见，描述质点系整体转动特性的角动量只与作用于质点系的外力有关，内力 不能改变质点系的整体转动情况。二、质点的角动量守恒定律：对于固定参考点而言，若受到的合力矩为零，则质 点的角动量大小和方向保持不变，这一规律称为质点的角动量守恒定律。对于仅 仅受有心力作用的系统，角动量守恒。三、角动量守恒的应用：图2应遵循角动量定理。人体 脱离地面和运动器械后。仅受重力作用，故人体
3、相 对质心角动量守恒用人体（一）跳水：人体作为一个一个质点系，在运动过程中也 形状可变的性质，应用角动量守恒定律就可做出千姿百态的动作出来。当物体绕 定轴转动时，如果它对轴的转动惯量是可变的，则在满足角动量守恒的条件下， 物体的角速度随转动惯量 I 的改变而变，但两者之乘积却保持不变，因而当 I 变大时，变小；I变小时，变大。在花样滑冰中，运动员利用身体的伸缩改变自身的转动惯量，以改变绕自身 竖直轴的角速度。（二）举哑铃：人手持哑铃在转台上的自由转动属于系统绕定轴转动的角动量守 恒定律的特例。因为人，转台和一对哑铃的重力以及地面对转台的支承力皆平行 于转轴，不产生力矩，M=0,故系统的角动量应
4、始终保持不变。Figure 5-16图4四、解释自然现象角动量和角动量守恒，是大学物理课程中的一个重要知识。在课本中， 已经列出了可以用角动量守恒解释的例子，这包括溜冰员、芭蕾舞演员、空 中飞人和高台跳水员等的旋转运动。除此之外，角动量定律和一些重要的自 然现象有密切的关系。（一）地面风的偏移图5地面风的偏移以北半球为例，由于接近赤道常有热气流向上升，接近北极则有冷气流 下降，在大气层分别产生图一所示的A、B两股气流，而这两个旋转气流又 带动了温带地域的旋流C。而这三个旋流在地面产生的风向，也因此产生角 动量守恒的效果，而产生热带常吹东别风，温带常吹西南风的现象。（二）四季的形成北半球直射 形
5、成夏季北半球斜射 形成冬季图6角动量守恒的情况南北半球各有春夏秋冬四季，都是由于地球自转的角动量守恒。由于角动量 这矢量守恒，地球自转轴经常指向同一方向（就是北极星的方向），才能产生四 季。如果地球角动量不守恒，地轴无规律的改变方向，就没有四季而言。可能北 半球永远是冬季。五、总结角动量及其规律是从牛顿定律基础上派生出来的又一重要结果。但是角动量 不但能描述经典力学中的运动状态，而且在近代物理理论中，这一表征状态的物 理量显露出日益重要的作用。例如，原子核的角动量，通常称为原子核的自旋， 便是描写原子核特性的量。角动量守恒定律是自然界的普遍规律，在牛顿运动定 律不适用的微观粒子领域中，这条守恒定律仍然适用。参考文献：1范虹王昌贵 杜世泽.谈角动量守恒定律的应用J.物理通报，1997年07期2曽兴吉.谈谈角动量定律之应用.无线互联网科技，2012年8月15日
