在第20届高中物理竞赛复赛第一题和第21届高中物理竞赛复赛第二题都需要用到角动量守恒的知识,然而这些知识高中课本里没有讲,所以在这里给大家普及一下。
角动量(angular momentum) 在物理学中是和物体到原点的位移以及动量相关的物理量。它表征质点矢径扫过面积速度的大小,或刚体定轴转动的剧烈程度。
公式定义
在经典力学中可被定义为物体到原点的位移(矢径)和其动量的叉积:
其中,r表示以质点到旋转中心(轴心)的距离(标量值可以理解为半径的大小),方向由原点指向物体位置的矢量(即矢径),L 表示角动量,v表示线速度,P表示动量,I表示转动惯量, ω表示角速度(矢量)。角动量是矢量,且是轴矢量。
角动量的方向:角动量是两个矢量的叉乘,在右手坐标系里遵循右手螺旋法则,即右手四指指向矢径的方向,转过一个小于180度的平面角后四指指向动量的方向,则大拇指所指的方向为角动量的方向。
角动量守恒定律
角动量守恒定律称,在不受外力矩作用时,体系的总角动量不变。
注意角动量守恒是矢量守恒,这代表其三个分量都不随时间而变化。
角动量定理
体系受到外力矩作用时,有
这就是角动量定理。
在外力矩一定的情况下,角动量定理也可写成
下面两个竞赛题目都需要角动量守恒定律,具体答案请查看我的其他文章