Question

物理知识：角动量守恒定律

Answer 1

角动量守恒定律是物理学的普遍定律之一，反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律；反映不受外力作用或所受诸外力对某定点（或定轴）的合力矩始终等于零的质点和质点系围绕该点（或轴）运动的普遍规律。

角动量守恒定律是指系统所受合外力矩为零时系统的角动量保持不变。角动量守恒定律是物理和自然界的一条重要定律。它在日常生活、天体物理、微观物理和工程中都有广泛的应用。例如，角动量守恒定律可以很好地解释开普勒天体运行第二定律、陀螺效应等。

当一个质点绕原点运动时，它的角动量L=RxP。这里，R是质点相对于原点的位置向量；P是质点的线性动量；而x表示矢量积。

具有一定质量的物体绕一固定轴转动，它的角动量L可表示为这个物体的惯性矩I和它的角速度向量w的乘积，即L=Ixw.

角动量又称为动量矩，是一个矢量，是位矢叉乘于动量。

定律简介

例如一个在向心力场中运动的质点，始终受到一个通过力心的向心力作用，因向心力对力心的力矩为零，所以根据角动量定理，物理学的普遍定律之一。例如一个在有心力场中运动的质点，始终受到一个通过力心的有心力作用，因有心力对力心的力矩为零，所以根据角动量定理，该质点对力心的角动量守恒。因此，质点轨迹是平面曲线，且质点对力心的矢径在相等的时间内扫过相等的面积。如果把太阳看成力心，行星看成质点，则上述结论就是开普勒行星运动三定律之一的开普勒第二定律。一个不受外力或外界场作用的质点系，其质点之间相互作用的内力服从牛顿第三定律，因而质点系的内力对任一点的主矩为零，从而导出质点系的角动量守恒。如质点系受到的外力系对某一固定轴之矩的代数和为零，则质点系对该轴的角动量守恒。角动量守恒也是微观物理学中的重要基本规律。在基本粒子衰变、碰撞和转变过程中都遵守反映自然界普遍规律的守恒定律，也包括角动量守恒定律。W.泡利于1931 年根据守恒定律推测自由中子衰变时有反中微子产生，1956年后为实验所证实。

定理也称动量矩定理。

表述角动量与力矩之间关系的定理。对于质点，角动量定理可表述为：质点对固定点的角动量对时间的微商，等于作用于该质点上的力对该点的力矩。对于质点系，由于其内各质点间相互作用的内力服从牛顿第三定律，因而质点系的内力对任一点的主矩为零。利用内力的这一特性，即可导出质点系的角动量定理：质点系对任一固定点O的角动量对时间的微商等于作用于该质点系的诸外力对O点的力矩的矢量和。由此可见，描述质点系整体转动特性的角动量只与作用于质点系的外力有关，内力不能改变质点系的整体转动情况。

定理应用

角动量守恒定律是物理和自然界的一个重要定律，它在日常生活、天体物理、微观物理和工程等许多方面都有广泛的应用。例如：当滑冰者手臂收缩时，自我旋转滑冰者的转动速度就会加快。用角动量守恒定律也可解析中子星有很高的转动速率等。另外，角动量守恒定律也是陀螺效应的原因。

角动量守恒定律反映了质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。如一质量为 m的质点受指向固定中心O的向心力F的作用，因力F对O点的力矩为零，根据牛顿第二定律可推得质点对O点的角动量守恒，Lo=r×mv=常矢量，此常矢量决定于运动的起始条件，r为质点对于O点的矢径,v为质点的速度。如将太阳看成固定中心，行星看成质点，则角动量守恒表明行星轨道必在一平面上。矢径在相等的时间内扫过的面积相等，这就是开普勒行星运动三定律之一—开普勒第二定律 。

角动量守恒也是微观物理学中的重要基本规律。在基本粒子衰变、碰撞和转变过程中都遵守反映自然界普遍规律的守恒定律，如能量守恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律等。1931 [1]年，W.泡利根据守恒定律，推测自由中子衰变时有反中微子产生，1956年后这一结论为实验所证实。