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2013中考物理復習:貓尾巴與角動量守恒

時間:2012-12-21 12:41 來源:建通教育中考資訊網 編輯:張老師 點擊:

貓尾巴與角動量守恒

  一只小貓不小心從二樓陽臺上摔下,你一定很擔心貓會被摔死吧,可你看到的是小貓不僅沒有摔死,在小貓臨著地時,只見貓尾巴漂亮的一甩,就“咪咪”地逃走了,真是有驚無險哪。

  細心的讀者或許已經注意到,不管小貓開始以什么姿勢落下,而臨著地時它總是一甩尾巴,然后四足著地。這有什么道理嗎?確實是有的。物理學上有一條基本定理,即物體在不受到外力矩作用時,它的角動量J,即物體轉動角速度w與轉動慣量I之積為常數

  J=w×I=常數

  這就是角動量守恒定理。我們知道,物體轉動時具有轉動慣性,如我們能很容易轉動一個均勻的圓盤,而要轉動一個相同質量,半徑很大的圓環卻要費點勁。物體的轉動慣量就是用來衡量物體轉動慣性大小的,它與物質質量及質量分布都有關,因此改變質量分布時就能改變物體的轉動慣量,根據角動量守恒,物體轉動的角速度也會跟著發生變化。跳水運動員在起跳時總是盡力把身體卷曲起來,盡量把四肢及腦袋收縮到胸前成球形,以此來減小轉動慣量(I=mr2,m為質量,r為質點與轉軸距離),增大轉速,有的運動員在10米的空中竟能轉體三圈多。然后快到水面時,四肢都伸開,減小轉速,頭下腳上地鉆入水中,一個漂亮的轉體1080°的動作完成了,終于贏得了好成績。

  小貓的動作也同樣可以借助于角動量守恒來分析。小貓下落時,身體不發生轉動,總角動量為零。而快落地時,尾巴一甩,即尾巴有一個轉動,即具有了角動量,根據角動量守恒,這時身體必須向反方向轉動,產生一個反向的角動量,來保持總角動量為零。另外由于貓很靈活,它在甩動尾巴的同時還能調節身體各個部位,以此來達到身體快速轉動的目的,這樣,當它快靠近地面時,四肢已朝下,首先著地,就不會再傷害身體其它部位了。

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