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2013bob娱乐官网网站物理复习:猫尾巴与角动量守恒

时间:2012-12-21 12:41 来源:建通教育bob娱乐官网网站资讯网 编辑:张老师 点击:

猫尾巴与角动量守恒

  一只小猫不小心从二楼阳台上摔下,你一定很担心猫会被摔死吧,可你看到的是小猫不仅没有摔死,在小猫临着地时,只见猫尾巴漂亮的一甩,就“咪咪”地逃走了,真是有惊无险哪。

  细心的读者或许已经注意到,不管小猫开始以什么姿势落下,而临着地时它总是一甩尾巴,然后四足着地。这有什么道理吗?确实是有的。物理学上有一条基本定理,即物体在不受到外力矩作用时,它的角动量J,即物体转动角速度w与转动惯量I之积为常数

  J=w×I=常数

  这就是角动量守恒定理。我们知道,物体转动时具有转动惯性,如我们能很容易转动一个均匀的圆盘,而要转动一个相同质量,半径很大的圆环却要费点劲。物体的转动惯量就是用来衡量物体转动惯性大小的,它与物质质量及质量分布都有关,因此改变质量分布时就能改变物体的转动惯量,根据角动量守恒,物体转动的角速度也会跟着发生变化。跳水运动员在起跳时总是尽力把身体卷曲起来,尽量把四肢及脑袋收缩到胸前成球形,以此来减小转动惯量(I=mr2,m为质量,r为质点与转轴距离),增大转速,有的运动员在10米的空中竟能转体三圈多。然后快到水面时,四肢都伸开,减小转速,头下脚上地钻入水中,一个漂亮的转体1080°的动作完成了,终于赢得了好成绩。

  小猫的动作也同样可以借助于角动量守恒来分析。小猫下落时,身体不发生转动,总角动量为零。而快落地时,尾巴一甩,即尾巴有一个转动,即具有了角动量,根据角动量守恒,这时身体必须向反方向转动,产生一个反向的角动量,来保持总角动量为零。另外由于猫很灵活,它在甩动尾巴的同时还能调节身体各个部位,以此来达到身体快速转动的目的,这样,当它快靠近地面时,四肢已朝下,首先着地,就不会再伤害身体其它部位了。

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