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角动量守恒:从花样滑冰到宇宙天体

admin admin 发表于2025-12-11 12:08:45 浏览66 评论0

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当旋转的物体不受外力矩作用时,其角动量(转动惯量 × 角速度) 保持不变。这一深刻的物理定律在日常生活中随处可见,并主宰着天体的运行。

原理与现象:转动惯量描述物体质量分布对旋转的抵抗程度。若物体收缩,转动惯量减小,为保持角动量守恒,其角速度必须增大。这正是花样滑冰运动员收拢手臂时转速急剧加快的原因。反之,体操运动员在空中展开身体时,转速会减慢,以便平稳落地。
宇宙尺度:这一原理塑造了星系的形成和演化。原始星云在引力坍缩过程中,为保持角动量,会形成一个旋转的盘状结构——原行星盘,行星便在其中诞生。脉冲星(快速旋转的中子星)惊人的稳定性也源于角动量守恒。
技术应用:陀螺仪利用高速旋转转子的角动量方向高度稳定来导航。航天器通过反作用飞轮(内部高速旋转的质量块)的加速或减速来精确控制自身姿态,无需消耗推进剂。
角动量守恒是连接微观粒子自旋与宏观天体旋转的普适定律,是理解旋转运动的关键。