(完整版)12101018-谭思阳-物理演示实验-茹科夫斯基转椅演示角动量守恒

2024年3月17日发(作者：诸葛祚)

茹科夫斯基转椅演示角动量守恒

【实验目的】：

定性观察合外力矩为零的条件下，物体系统的角动量守恒；

角动量守恒的物体系统的转动惯量变大时，角速度会变小，反之亦然。

【实验原理】：

绕定轴转动的刚体，当对转轴的合外力矩为零时，刚体对转轴的角动量守恒，即Jw=恒量。刚体的转动惯量J一般为常量，Jw不变导致w不变，即刚体在不受合外力矩时将维持匀角速转动．但若转动物体是一种可变形固体，并改变它对转轴的转动惯量，则物体的角速度就会产生相应的变化：当J增大时w就减小，J减小时w就增大，从而保持乘积Jw 不变。茹可夫斯基凳实验中，因为人的双臂并不产生对转轴的外力矩，忽略转轴的摩擦，系统的角动量应保持守恒，人和凳的转速随着人手臂的伸缩而改变。

【实验步骤】：

1.操作者坐在凳上系好安全带，手持哑铃，两臂平伸。

2.其他人推动转椅，使转椅转动起来，然后操作者收缩双臂

【实验现象】

可看到在收缩手臂时操作者和凳的转速显著增大，两臂再度平伸，转速又减慢。

【实验感想】：

通过茹科夫斯基转椅我们可以定性的观察合外力矩为零的条件下，物体系统的角动量守恒；而角动量守恒在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。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。通过角动量守恒，我们能够解决很多问题，比如行星围绕恒星的转速问题，比如质点或质点系绕某一定点或轴线运动的情况，再比如日常生活中更常见的走路甩手问题，也是由于身体为了保持角动量守恒导致的。