Question

大学物理刚体转动问题

某滑冰运动员转动的角速度为w,转动惯量为J,当他收拢双臂后,转动惯量减少了1/4,这时他的角速度为多少? 这题为什么只能用角动量守恒做出答案来,在没有外力作用下用刚体动能守恒算得的答案是错误的

Answer 1

人的角动量守恒
角动量 = 转动惯量*角速度
I*w = w’3I/4 ，得到w'变为原来的 4/3 了

系统受和外力矩为零，只能得到角动量守恒，得不到转动动能守恒。
因为系统内部可能有内力，会做功，导致动能变化。
比如卫星，有近地点，远地点，角动量是一样的，但是动能显然不同
你把双臂看做卫星，把肌肉收缩的力当成万有引力来类比一下

Answer 2

内力也是可以做功的 小弟弟
比如 一辆车在光滑面内行驶 你站在车上走动
你和车之间是有摩擦力的（把人和车看做整体 摩擦力就是内力）
这个摩擦力自然会做功是能量减小
但是 总动量不变
因为 内力只能改变能量 但是对动量不会有作用
。。。。。。。。。。。。。
人收缩双臂时 有内力做功了

Answer 3

根据质点系的动能定理，外力做功＋内力做功＝动能增加量。这个问题中虽无外力，但是收手过程中内力作了功，故动能要变化。但是这沿手臂的内力是指向转轴的，力矩为零，因此角动量守衡。