角动量/动量矩可从另一侧面反映物体运动的规律。事实上,角动量不但能描述宏观物体的运动,而且在近代物理理论中,角动量对于表征状态也必不可少。
角动量守恒定律在经典物理学、运动生物学、航空航天技术等领域中的应用非常广泛。角动量在20世纪已成为继动量和能量之外的力学中的重要概念之一。
在现行的普通物理教材中,力学中的三大守恒定律,即
动量守恒定律、动量矩守恒定律和
机械能守恒定律。现代物理学业已证明这些守恒定律是和时空对称性相联系的:动量守恒定律与空间平移对称性相联系;动量矩守恒定律与空间转动对称性相联系;
能量守恒定律与时间平移对称性相联系。由上述对称性可导出相应的守恒定律,进一步导出
牛顿运动定律。
动量矩守恒条件:又名角动量守恒,合外力矩为零,合外力不一定为零。描述物体运动状况的有2条路线,牛顿发展的是动量变化等于合外力与时间乘积。莱布尼兹发展的动能的变化是合外力与位移乘积。2条发展路线争论了好多年,最后才知道2条路线都可以描述物体运动状态。但是,后来发现动量不能描述旋转物体的状态,一个静止的圆盘和一个旋转圆盘,他们动量都为0,但是一个物体静止一个物体旋转无法区分,所以用角动量来描述物体的状态,产生角动量守恒定律。
力矩:在物理学里,力矩可以被想象为一个旋转力或角力,导致出旋转运动的改变。这个力定义为线型力乘以径长。 依照
国际单位制,力矩的单位是牛顿-米。
质点系:包含两个或两个以上互相有联系的的
质点组成的力学系统叫做质点系。质点系内各质点不仅可受到外界物体对质点系的作用力──外力的作用,而且还受到质点系内各质点之间的相互作用力──内力的作用。外力或内力的区分取决于质点系的选取。
当质点所受的合外力矩为零时,其角动量守恒。根据
动量矩定理推论,当合外力矩为0时,其动量矩保持不变,这就是动量矩守恒定律,即当M=0时,Jw=恒矢量。
刚体是特殊的质点系,其上各质点间的相对位置保持不变,是受力时形状和体积不改变的物体。刚体平动:刚体上任意两点的连线,在运动过程中始终保持平行的运动。刚体转动:刚体上所有的点都绕某一条直线作圆周运动,该直线称为刚体转轴。
当作用在定轴转动刚体上所有力对转轴之矩的代数和为零时,根据动量矩定理式,刚体在运动过程中动量矩保持不变(守恒)。由于刚体绕给定轴转动惯量为一常量,故有刚体的角速度保持不变,此时刚体作惯性转动。这一结果与平动物体的惯性运动相对应。