角动量守恒在日常生活中的应用论文

1、角动量守恒在日常生活中的应用大家也许小时候都有过一个疑问：人们走路的时候为什么要甩手呢？为什么如果走顺拐了会感觉特别别扭呢？一个常见的解释是，为了保持身体平衡。这种解释了和没解释没什么区别的答案是永远正确的，问题是甩手到底是怎么保持身体平衡的？原来这一切都是我们大学生所熟知的角动量以及动量守恒的原因，很神奇的是原来用动量守恒可以解决很复杂的问题,但是却用了最简单的方法。下面就让我们来具体了解一下什么是角动量以及什么是角动量守恒，相信我们大家都会爱益匪浅的。什么是角动量呢？对于一个质量为 m 质点，以任意一条直线作为参考轴，设被研究的质点到这条轴的距离为 r ，如果质点垂直于r的方向的速度为 v

2、 ，那么这个质点（相对于这条参考轴）的角动量则为 。如果被研究的物体不是质点，例如是一个人，那么他整个的角动量就是他身上所有质点的角动量之和。就是角动量，可以看出角动量也是一个矢量，却也两个矢量的积，这便是我们常说的矢积。知道了什么是角动量之后，我们就可以通过简单的推导立刻得出角动量定理，但前提是大家得对这部分知识有一定程度上的理解，这样才可以。物体的角动量变化率等于它所受的外力矩（大家应该记得力矩是什么吧，就是 乘以垂直于 r 方向的力）。因此，倘若系统没有外力矩作用，那么角动量守恒,这就是我们常说的角动量守恒，推导很简单，但我想它的使用并不一定简单，需要我们的细心掌握。这种情况是十分多见的

3、，例如一个旋转着的陀螺，为什么它不会很容易倒下呢？选取陀螺的转轴为参考轴，可以看到，它是不受外力矩的，因此它的角动量守恒，在理想情况下它将一直转下去，但是我们也知道这是不可能发生的。略微学过物理的人都知道动量可以写成 ，所以角动量。 这些便是角动量以及动量守恒，我们在大学的物理课上这是我们必须掌握的，所以做为一名理科学生我们应该知道它的重要性，我们也需要用它来解决很多的问题，比如我们一开始便提出的问题，人在行走的时候为什么要摆手，这样我们就可以运用我们我们物理学的知识去解决它。另外我们也可以用角动量守恒来解决另一个我们所感兴趣的事情，那便是直升飞机的后翼。那角动量是如何影响走路的呢，就让我们来

4、进行一下研究吧，然后我们也净土知道我们原来我们人体竟然是如此的神秘，我们也可以在无声中运用这样的定理。回到本文一开始的问题上来。走路甩手是如何保持身体平衡的？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

5、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。我们可以想一下是不是这样的。但是由于人在匀速走路（通常情况下，我们的步行都可看成匀速的），所以把人看成一个整体的话，我们所受的合力必然为 0 。因此这个力矩就必须是由一对等大、反向的力产生，而这个力就需要由脚底板和地面有个相对的旋转运动才能产生。然而这种脚底转着搓地的动作想想都觉得难受，我们的身体大概没有进化出专门干这种诡异事情的肌肉。总结一下就是：如果不甩手，脚底板就要承受很别扭的转着搓地的运动。一般来说人们在走路时是不会选择后者的，因此依靠甩手保持身

6、体平衡就成了顺理成章的事情。当我们认可了脚底不会去转着搓地之后，人的身体整个就没有外力矩了，进而有角动量守恒并且等于零。换句话说，根植于潜意识中的走路程序始终是在维持着身体的角动量守恒。据此我们就可以很轻松地看出人类走路时应该如何甩手了：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

7、量守恒的力量。过程虽然复杂，但运用角动量守恒却也能很简单地解决问题，我想这也是为什么我们一定要掌握它的原因吧。下面我们看一下角动量守恒在直升机尾翼上的应用，其实直升机的起飞也很大程度上依赖了角动量守恒，看来我们的角动量守恒还真是有很多的用处啊，我们看来是必须要学好它了。我们一定有想过为什么直升机都配备一个尾翼呢，似乎直升机只要一个大的螺旋桨提供升力就够了啊？但是我们不要着急，只要用角动量守恒一分析就可以知道为什么要用一个尾翼了，如果没有尾翼，直升机系统是角动量守恒的，因为起飞时角动量为零，所以会一直为零。而直升机的螺旋桨是一定要旋转的，这就让直升机只有机身拼命地往相反方向去旋转才可能保证总角动

8、量始终为零。在没有尾翼的情况下，这种反向旋转是不可避免的，为了让机身不转，必须打破角动量守恒，这就要提供外力矩，尾翼就是用来干这事的。数学科普大牛 马丁 加德纳曾在自己的著作意料之外的绞刑里提到了一种有意思的东西，翻身陀螺。它是一种特殊的陀螺，当它在绿色朝下旋转的时候，会因为不稳定而自动翻身，变成绿色朝上然后稳定地旋转。翻转的道理先不用管，问题是：一开始让他顺时针旋转的话，翻身之后他是逆时针转还是顺时针转呢？也许没有接触过角动量概念的人会觉得是逆时针转，因为陀螺好像不太可能停下来然后换个方向转，而直接把陀螺倒过来看貌似就是逆时针转的了。可是当我们知道了角动量守恒之后，就可以轻松判断一定会仍然顺时针旋转了。我们甚至根本不必关心翻身的过程到底有多复杂，就可以得出答案，这就是用守恒律去研究问题的一大好处。上面甩手的例子我们是利用了角动量守恒，我们会知道角动量守恒