角动量守恒定律

内容简介

名称

角动量守恒定律(law of conservation of angular momentum)

简介

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。

如果合外力矩零(即M外=0),则L1=L2，即L=常矢量。2

这就是说,对一固定点O,质点所受的合外力矩为零,则此质点的角动量矢量保持不变。这一结论叫作质点角动量守恒定律。

详细内容

概述

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。

角动量定理

角动量定理也称动量矩定理，是表述角动量与力矩之间关系的定理。2

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。2

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。2

角动量守恒定律应用

角动量守恒定律在以下物理场景中可以得到应用：

1. 天体物理：角动量守恒定律可以用来解释行星、卫星等天体运动的规律，例如开普勒行星运动第二定律。
2. 微观物理：在量子力学中，角动量守恒定律对于理解原子和分子的结构以及光谱线等微观现象具有重要作用。
3. 粒子物理：在高能物理实验中，角动量守恒定律对于分析粒子碰撞和衰变过程具有重要意义。
4. 工程领域：在机械设计和分析中，角动量守恒定律用于计算和分析旋转物体的运动和行为。
5. 航空航天：在飞行器的设计和运动中，角动量守恒定律对于理解和控制飞行器的姿态和轨道变化具有重要作用。

总之，角动量守恒定律在多个物理领域中都有广泛的应用，它是理解自然界运动规律的重要工具之一。