谈谈角动量守恒及其应用
（胡建 13级光电信息2班 [1**********]）
摘要：简要介绍角动量守恒定律以及其在生活，工程，科学方面的运用。
关键词：角动量守恒定律、应用、自然现象。
角动量守恒是物理学的普遍定律之一。反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。在现实生活之中，也有许多方面运用到了角动量守恒定律。本文会较少角动量守恒定律在生活，工程，科学研究之中的应用。
一、角动量定理：（angular momentum） 也称动量矩定理
表述角动量与力矩之间关系的定理。对于质点，角动量定理可表述为：质点对固定点的角动量对时间
图1
角动量定理
的微商，等于作用于该质点上的力对该点的力矩。对于质点系，由于其内各质点间相互作用的内力服从牛顿第三定律，因而质点系的内力对任一点的主矩为零。利用内力的这一特性，即可导出质点系的角动量定理：质点系对任一固定点O的角动量对时间的微熵等于作用于该质点系的诸外力对O点的力矩的矢量和。由此可见，描述质点系整体转动特性的角动量只与作用于质点系的外力有关，内力不能改变质点系的整体转动情况。
二、质点的角动量守恒定律：对于固定参考点而言，若受到的合力矩为零，则质点的角动量大小和方向保持不变，这一规律称为质点的角动量守恒定律。对于仅仅受有心力作用的系统，角动量守恒。
三、角动量守恒的应用：
(一)跳水：人体作为一个一个质点系，在运动过程中也
应遵循角动量定理。人体
脱离地面和运动器械后。
仅受重力作用，故人体相
对质心角动量守恒用人体
形状可变的性质，应用角
动量守恒定律就可做出千
可变的，则在满足角动量守恒的条件下，物体的角速度随转动惯量I
的改变而变，但两者之乘积却保持不变，因而当I变大时， 变小；I变小时， 变大。
在花样滑冰中，运动员利用身体的伸缩改变自身的转动惯量，以改变绕自身竖直轴的角速度。
（二）举哑铃：人手持哑铃在转台上的自由转动属于系统绕定轴转动的角动量守恒定律的特例。因为人，转台和一对哑铃的重力以及地面对转台的支承力皆平行于转轴，不产生力矩，M=0，故系统的角动量应始终保持不变。
.
图4
四、解释自然现象
角动量和角动量守恒，是大学物理课程中的一个重要知识。在课本中，已经列出了可以用角动量守恒解释的例子，这包括溜冰员、芭蕾舞演员、空中飞人和高台跳水员等的旋转运动。除此之外，角动量定律和一些重要的自然现象有密切的关系。
（一）地面风的偏移
图 5 地面风的偏移
以北半球为例，由于接近赤道常有热气流向上升，接近北极则有冷气流下降，在大气层分别产生图一所示的A、B两股气流，而这两个旋转气流又带动了温带地域的旋流C。而这三个旋流在地面产生的风向，也因此产生角动量守恒的效果，而产生热带常吹东别风，温带常吹西南风的现象。
（二）四季的形成
北半球直射
形成夏季
北半球斜射
形成冬季
图 6 角动量守恒的情况
南北半球各有春夏秋冬四季，都是由于地球自转的角动量守恒。由于角动量这矢量守恒，地球自转轴经常指向同一方向（就是北极星的方向），才能产生四季。
如果地球角动量不守恒，地轴无规律的改变方向，就没有四季而言。可能北半球永远是冬季。
五、总结
角动量及其规律是从牛顿定律基础上派生出来的又一重要结果。但是角动量不但能描述经典力学中的运动状态，而且在近代物理理论中，这一表征状态的物理量显露出日益重要的作用。例如，原子核的角动量，通常称为原子核的自旋，便是描写原子核特性的量。角动量守恒定律是自然界的普遍规律，在牛顿运动定律不适用的微观粒子领域中，这条守恒定律仍然适用。
参考文献：
[1]范虹 王昌贵 杜世泽.《谈角动量守恒定律的应用[J]》.物理通报，1997年07期
[2]曽兴吉.《谈谈角动量定律之应用》.无线互联网科技，2012年8月15日
谈谈角动量守恒及其应用
（胡建 13级光电信息2班 [1**********]）
摘要：简要介绍角动量守恒定律以及其在生活，工程，科学方面的运用。
关键词：角动量守恒定律、应用、自然现象。
角动量守恒是物理学的普遍定律之一。反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。在现实生活之中，也有许多方面运用到了角动量守恒定律。本文会较少角动量守恒定律在生活，工程，科学研究之中的应用。
一、角动量定理：（angular momentum） 也称动量矩定理
表述角动量与力矩之间关系的定理。对于质点，角动量定理可表述为：质点对固定点的角动量对时间
图1
角动量定理
的微商，等于作用于该质点上的力对该点的力矩。对于质点系，由于其内各质点间相互作用的内力服从牛顿第三定律，因而质点系的内力对任一点的主矩为零。利用内力的这一特性，即可导出质点系的角动量定理：质点系对任一固定点O的角动量对时间的微熵等于作用于该质点系的诸外力对O点的力矩的矢量和。由此可见，描述质点系整体转动特性的角动量只与作用于质点系的外力有关，内力不能改变质点系的整体转动情况。
二、质点的角动量守恒定律：对于固定参考点而言，若受到的合力矩为零，则质点的角动量大小和方向保持不变，这一规律称为质点的角动量守恒定律。对于仅仅受有心力作用的系统，角动量守恒。
三、角动量守恒的应用：
(一)跳水：人体作为一个一个质点系，在运动过程中也
应遵循角动量定理。人体
脱离地面和运动器械后。
仅受重力作用，故人体相
对质心角动量守恒用人体
形状可变的性质，应用角
动量守恒定律就可做出千
可变的，则在满足角动量守恒的条件下，物体的角速度随转动惯量I
的改变而变，但两者之乘积却保持不变，因而当I变大时， 变小；I变小时， 变大。
在花样滑冰中，运动员利用身体的伸缩改变自身的转动惯量，以改变绕自身竖直轴的角速度。
（二）举哑铃：人手持哑铃在转台上的自由转动属于系统绕定轴转动的角动量守恒定律的特例。因为人，转台和一对哑铃的重力以及地面对转台的支承力皆平行于转轴，不产生力矩，M=0，故系统的角动量应始终保持不变。
.
图4
四、解释自然现象
角动量和角动量守恒，是大学物理课程中的一个重要知识。在课本中，已经列出了可以用角动量守恒解释的例子，这包括溜冰员、芭蕾舞演员、空中飞人和高台跳水员等的旋转运动。除此之外，角动量定律和一些重要的自然现象有密切的关系。
（一）地面风的偏移
图 5 地面风的偏移
以北半球为例，由于接近赤道常有热气流向上升，接近北极则有冷气流下降，在大气层分别产生图一所示的A、B两股气流，而这两个旋转气流又带动了温带地域的旋流C。而这三个旋流在地面产生的风向，也因此产生角动量守恒的效果，而产生热带常吹东别风，温带常吹西南风的现象。
（二）四季的形成
北半球直射
形成夏季
北半球斜射
形成冬季
图 6 角动量守恒的情况
南北半球各有春夏秋冬四季，都是由于地球自转的角动量守恒。由于角动量这矢量守恒，地球自转轴经常指向同一方向（就是北极星的方向），才能产生四季。
如果地球角动量不守恒，地轴无规律的改变方向，就没有四季而言。可能北半球永远是冬季。
五、总结
角动量及其规律是从牛顿定律基础上派生出来的又一重要结果。但是角动量不但能描述经典力学中的运动状态，而且在近代物理理论中，这一表征状态的物理量显露出日益重要的作用。例如，原子核的角动量，通常称为原子核的自旋，便是描写原子核特性的量。角动量守恒定律是自然界的普遍规律，在牛顿运动定律不适用的微观粒子领域中，这条守恒定律仍然适用。
参考文献：
[1]范虹 王昌贵 杜世泽.《谈角动量守恒定律的应用[J]》.物理通报，1997年07期
[2]曽兴吉.《谈谈角动量定律之应用》.无线互联网科技，2012年8月15日