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妙•力学

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天旋地转

2015/3/24 20:56:18 人评论 次浏览

 

一、展品科学原理

本展项展示的是角动量守恒定律。展项是由地台回转体、不锈钢立杆等组合而成,参与者一只脚站在地台上,另一只脚在地面上后蹬,当速度达到一定时,双脚站在地台上,通过双臂改变身体与立杆之间的距离,就可以感受转速的变化,当身体靠近立杆时,旋转速度加快;当身体远离立杆时,速度变慢。

角动量守恒定律是物理和自然界的一个重要定律,它是指物体在没有受到外力矩作用或外力矩之和为零时,将保持原来匀速转动或静止的状态。角动量守恒是跟空间各项同性有关系的,也就是说空间的各个方向是没有区别的,这叫做物理定律的旋转不变性,由这种不变性,在理论上,可以得到角动量守恒。一个在有心力场中运动的质点,始终受到一个通过力心的有心力作用,因有心力对力心的力矩为零,所以根据角动量定理,该质点对对力心的角动量守恒。

二、展品相关知识内容

    角动量守恒定理在我们的现实生活中非常的常见,航海航天领域和人们平常使用的工具器械,以及日常中见到的现象很多一部分都可以用角动量守恒定理来解释。

相信我们都了解自己是如何是走路的,下面我们可以想像自己走路的方式,并开始做好工作了。我们选取过人的质心与地面垂直的直线作为参考轴。右脚踩在地上而左脚往前迈时,左脚一个相对于轴向前的速度,而右脚有一个相对轴向后的速度。假设我们的手不甩的话,他们对身体总角动量就没有贡献,于是身体有了一个绕参考轴顺时针旋转的角动量。而当左脚踩在地上而右脚向前迈进时,相应的,人的身体具有逆时针旋转地角动量。注意,身体的角动量刚才还是顺时

针,现在就变成了逆时针。根据角动量定理,角动量只要发生改变,就必须有力矩作用在系统上。因此,脚底必须给身体一个让其逆时针旋转的力矩,这是走路时身体受到外力矩的唯一方式。

    当两腿让身体有顺时针旋转时,双手就必须让整体再有个逆时针旋转,即哪边的腿往前迈,哪边的手就必须往后甩,这样才能让整体角动量保持为零,这就是正常的甩手方式;而如果顺拐的话,手和腿朝着同一方向,显然无法让整体角动量为零,这样走路的话就又需要脚底板难受了。这就是走路甩手奥秘的全部,看似很简单的走路,原来是如此的复杂过程,而我们却在如此复杂的过程中能保持平衡,这是角动量守恒的力量。

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