Сохранение момента импульса

Физика > Сохранение углового импульса

Если на объект не влияет внешний вращательный момент, то изменение в угловом импульсе не происходит.

Задача обучения

• Рассмотреть влияние чистого вращательного момента на сохранение энергии.

Основные пункты

• Если объект совершает обороты в замкнутой системе и не испытывает влияния внешнего вращающего момента, то перемены в угловом импульсе не происходят.
• Сохранением углового импульса можно объяснить угловое ускорение фигуристки, когда ее руки и ноги приближены к вертикальной оси вращения.
• Если чистый вращающий момент приравнивается к нулю, то угловой импульс выступает постоянным или сберегается.

Термины

• Угловой импульс – векторная величина, характеризующая объект в круговом движении. Величина приравнивается к импульсу частички, а направление выступает перпендикулярным плоскости.
• Вращающий момент – вращательный эффект силы, измеряемый в ньютонах на метр.
• Квантовая механика – раздел физики, исследующий вещество и энергию на уровне атомов и прочих элементарных частичек.

Существует множество примеров с импульсом. Достаточно вспомнить хотя бы родную Землю, продолжающую вращаться с одинаковой скоростью миллиарды лет. Именно здесь мы можем проследить признаки закона сохранения:

• Используется замкнутая система. Нет никакой активной силы, заставляющей планету вращаться. Она изолирована и замкнута в себе.
• Что-то остается стабильным. Есть численная величина для измерения вращательного движения и общее ее количество остается постоянным.
• Что-то можно поместить туда и забрать, и это не внесет изменений в общую сумму.

Угловой импульс

Символом выступает L. Как и линейный импульс, она сохраняется, если нет виляния чистых внешних сил или чистый вращательный момент приравнивается к нулю. Это можно увидеть на примере второго закона Ньютона для вращательного движения:

 =  (τ – момент).

Если изменение углового импульса ΔL = нулю, то он постоянный. Выходит:

L = постоянная (при net τ = 0).

Это выражение для закона сохранения углового импульса.

Пример и последствия

Это можно заметить у фигуристов, выполняющих вращение. Чистый вращающий момент приближается к нулю, поэтому между коньками и льдом возникает мало трения, и оно проявляется очень близко к точке поворота.

То есть, фигуристка способна еще долгое время совершать обороты. Также она способна разогнаться, если вытянет руки и ноги. При этом уменьшается вращательная инерция, а скорость вращения растет. Это и способствует поддержанию постоянного углового импульса L = Iω (I – вращательная инерция, ω – угловая скорость).

Сохранение углового импульса выступает основным моментом в физических законах сохранения, вместе с энергией и линейным импульсом. Они действуют даже в микроскопических масштабах, где регулируется квантовая механика.

---