2011年4月11日 星期一

角動量守恆

角動量守恆
壹、前言
運動學,在國高中的物理學中一直都是重點單元,卻也是困擾許多學生的瓶頸之一。除
了複雜的數學計算之外,許多實驗礙於現實的條件(例如摩擦、力的掌控、物體大小〈質點〉
等因素)很難呈現出教科書所提的理想狀態。就物體運動的三大模式(移動、振動、轉動)來說,
轉動的現象更是複雜,以現階段高中教科書的內容,就佔了一整個章節,其中最重要的理論
大概就屬「角動量守恆」了。
簡單來說,所謂角動量守恆就是指系統內所受合力矩為 0 的情況下,系統的角動量維持
不變。若從數學的角度來說,也就是dL/dt = r × F(註1),當右式為0(合力矩為0)的時候,角
動量不隨時間而改變(左式亦為0),通常會提到的實驗(或實例)不外乎就是滑冰選手張開手
臂,轉速加快;或在許多展場中(如科博館、科教館等)會出現的車輪旋轉實驗(如圖1),最多
再加上直昇機的副旋翼(機尾的螺旋槳)功能等。其中最受學生喜愛的大概就是車輪旋轉的實
驗了,當手持平行於地面快速旋轉的車輪,坐在可以自由旋轉的椅子上,會很清楚的呈現車
輪旋轉方向與人的旋轉方向相反的結果。
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