角动量守恒Conservation of angular momentum
收拢手臂,转椅就越转越快。
L = Iω = 常量 I = I₀ + 2mr²大学物理
蓝色:哑铃,右侧为俯视图
L = Iω = 常量 I = I₀ + 2mr²
系统不受外力矩时角动量守恒。人坐在转椅上收拢手臂,哑铃离转轴变近,转动惯量减小,角速度随之增大;伸开手臂则转速变慢。收臂时转动动能反而增大,增加的能量来自人对哑铃做的功。
m每只哑铃质量(kg)ω₀伸臂时角速度(rad/s)r收臂后半径(m)
t = 0.00 s
速度
当前角速度2.00rad/s
转动惯量4.06kg·m²
转动动能8.1J
角速度与时间
收臂阶段角速度升高,伸臂阶段回落;两段中角动量 L = Iω 始终不变。
想一想
收拢手臂后,转动动能是变大、变小还是不变?
变大。L 不变时 E = L²/(2I),I 变小则 E 变大。这部分能量来自人把哑铃拉向转轴时做的功。
模型条件忽略转轴摩擦 · 人体(不含哑铃)转动惯量 1.5 kg·m² · 伸臂半径 0.8 m
实验记录
调好参数后点“记录当前数据”。多记几组不同参数的数据,就能画出它们的关系并做直线拟合;暂停后在不同时刻记录,还可以研究读数随时间的变化。