角動量守恒定律

角動量守恒定律是物理學(xué)的普遍定律之一，它反映的是質(zhì)點和質(zhì)點系圍繞一點或一軸運動的普遍規(guī)律；當(dāng)系統(tǒng)不受外力作用或所受諸外力對某定點（或定軸）的合力矩始終等于零時，系統(tǒng)的角動量保持不變。

而角動量定理可表述為質(zhì)點對固定點的角動量對時間的微分，等于作用于質(zhì)點上的力對該點的力矩。

內(nèi)容簡介

名稱

角動量守恒定律（law of conservation of angular momentum）

簡介

物理學(xué)的普遍定律之一。反映質(zhì)點和質(zhì)點系圍繞一點或一軸運動的普遍規(guī)律。

如果合外力矩零（即M外=0），則L1=L2，即L=常矢量。1

這就是說，對一固定點O，質(zhì)點所受的合外力矩為零，則此質(zhì)點的角動量矢量保持不變。這一結(jié)論叫作質(zhì)點角動量守恒定律。

詳細(xì)內(nèi)容

概述

物理學(xué)的普遍定律之一。例如一個在有心力場中運動的質(zhì)點，始終受到一個通過力心的有心力作用，因有心力對力心的力矩為零，所以根據(jù)角動量定理，該質(zhì)點對力心的角動量守恒。因此，質(zhì)點軌跡是平面曲線，且質(zhì)點對力心的矢徑在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。如果把太陽看成力心，行星看成質(zhì)點，則上述結(jié)論就是開普勒行星運動三定律之一的開普勒第二定律。一個不受外力或外界場作用的質(zhì)點系，其質(zhì)點之間相互作用的內(nèi)力服從牛頓第三定律，因而質(zhì)點系的內(nèi)力對任一點的主矩為零，從而導(dǎo)出質(zhì)點系的角動量守恒。如質(zhì)點系受到的外力系對某一固定軸之矩的代數(shù)和為零，則質(zhì)點系對該軸的角動量守恒。角動量守恒也是微觀物理學(xué)中的重要基本規(guī)律。在基本粒子衰變、碰撞和轉(zhuǎn)變過程中都遵守反映自然界普遍規(guī)律的守恒定律，也包括角動量守恒定律。W.泡利于1931 年根據(jù)守恒定律推測自由中子衰變時有反中微子產(chǎn)生，1956年后為實驗所證實。

角動量定理

角動量定理表述角動量與力矩之間關(guān)系的定理。對于質(zhì)點，角動量定理可表述為：質(zhì)點對固定點的角動量對時間的微商，等于作用于該質(zhì)點上的力對該點的力矩。對于質(zhì)點系，根據(jù)牛頓第三定律，質(zhì)點系內(nèi)各質(zhì)點間的相互作用的內(nèi)力是成對出現(xiàn)的，服從作用和反作用定律，因而質(zhì)點系的內(nèi)力對任一點的主矩為零。利用內(nèi)力的這一特性，即可導(dǎo)出質(zhì)點系的角動量定理：質(zhì)點系對任一固定點O的角動量對時間的微商等于作用于該質(zhì)點系的外力系對O點的主矩Mo，即。式中ri、mi和vi，分別為質(zhì)點系中第i個質(zhì)點關(guān)于O點的矢徑、質(zhì)量和速度矢量。這一定理中的O點必須固定。在一般情況下，對于動點，這個定理不成立；但質(zhì)點系的質(zhì)心例外，關(guān)于質(zhì)心的角動量定理為：質(zhì)點系對于質(zhì)心C的角動量為，它對時間的微商等于作用在質(zhì)點系的外力系對質(zhì)心C的主矩Mo，即，式中ri為質(zhì)點系中第i個質(zhì)點對質(zhì)心的矢徑。由角動量定理可知，描述質(zhì)點系整體轉(zhuǎn)動特性的角動量只與作用于質(zhì)點系的外力有關(guān)，內(nèi)力不能改變質(zhì)點系的整體轉(zhuǎn)動運動。2

角動量守恒定律應(yīng)用

角動量守恒定律在以下物理場景中可以得到應(yīng)用：

1. 天體物理：角動量守恒定律可以用來解釋行星、衛(wèi)星等天體運動的規(guī)律，例如開普勒行星運動第二定律。
2. 微觀物理：在量子力學(xué)中，角動量守恒定律對于理解原子和分子的結(jié)構(gòu)以及光譜線等微觀現(xiàn)象具有重要作用。
3. 粒子物理：在高能物理實驗中，角動量守恒定律對于分析粒子碰撞和衰變過程具有重要意義。
4. 工程領(lǐng)域：在機(jī)械設(shè)計和分析中，角動量守恒定律用于計算和分析旋轉(zhuǎn)物體的運動和行為。
5. 航空航天：在飛行器的設(shè)計和運動中，角動量守恒定律對于理解和控制飛行器的姿態(tài)和軌道變化具有重要作用。

總之，角動量守恒定律在多個物理領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，它是理解自然界運動規(guī)律的重要工具之一。