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角动量:单粒子
11.8
每个旋转的物体,例如旋转的陀螺,都具有角动量 L,其数学表达式为位置矢量与线性动量的叉积,而线性动量等于质量乘以速度。
角动量的大小等于 mvrsinθ,其国际单位是千克·米²/秒。
例如,考虑一个在 xy 平面内运动且具有位置矢量 r 的粒子。如果将右手手指沿旋转方向弯曲,则拇指所指方向即为角动量的方向。
角动量的时间导数可以使用矢量求导法则来表示。第一项包含速度矢量与自身的叉乘,因此等于零。
在第二项中,质量乘以加速度是作用在质点上的合外力;回顾一下,r 与 F 的叉乘是力矩。因此,角动量的变化率等于作用在质点上的合外力所产生的力矩。
角动量的方向垂直于旋转平面,其大小取决于原点的选择。 将物体的线性动量矢量连接到原点的垂直矢量称为“杠杆臂”。 如果杠杆臂和线性动量共线,则角动量的大小为零。 因此,在这种情况下,物体绕原点旋转,使其位于由杠杆臂大小定义的圆周的边缘上。
作用在旋转体上的净扭矩会导致角动量发生变化,这是牛顿第二运动定…