角運動量保存

角運動量の保存は、外部トルクが作用するまでスピンが一定のままであるスピンシステムの物理的特性です。つまり、正味トルクがゼロである限り、回転速度は一定のままです。

軸の周りの何かの回転速度は角運動量として知られており、しばしばスピンとして知られています。ジャイロスコープは、角運動量保存を使用して、さまざまなシステムの回転運動を安定化、制御、および測定する単純なデバイスです。角運動量保存則は、こまやおもちゃのジャイロスコープが、重力に屈して転倒するのではなく、回転するときに直立したままである理由を説明しています。

角運動量の保存

角運動量の保存は、物理システムの特定の属性が時間の経過とともに一定であることを宣言する、物理学における 4 つの基本的な保存原則の 1 つです。線形運動量の保存、エネルギーの保存、および電荷の保存は、他の 3 つの正確な保存規則です。

自転車の車輪が高速回転すると、ジャイロスコープのように動作し、自転車が直立しやすくなり、何かが動きを妨げにくくなります。フィギュアスケーターが腕を体に近づけることでスピンを増加させる能力や、太陽に近づくと公転する惑星のスピンが増加することは、どちらも角運動量保存が機能している例です。 /P>

角運動量 (運動量のモーメントまたは回転運動量とも呼ばれます) は、物理学における線形運動量の回転類似物です。保存量であるため、閉じた系の全角運動量は一定のままです。物理学上、かなりの量です。角運動量の方向と大きさの両方が保存されます。

角運動量の保存は、オートバイ、フリスビー、小銃の弾丸の有用な特性に関与しています。ハリケーンには渦巻きがあり、角運動量が保存されるため、中性子星には高速の自転速度があります。一般に、保存はシステムの可能な動きを制限しますが、それを決定するわけではありません.

角運動量保存の公式

これは直線運動量の回転に相当するもので、文字 l で表され、回転中の粒子の角運動量は次のように定義されます:

l=r×p

したがって、角運動量の場合、大きさは次の式で与えられます:

l=rpsinθ

地球のように拡張された物体がある場合、角運動量は慣性モーメント (物体内で運動している質量と中心からの距離) に角速度を掛けて計算されます。

角運動量

角運動量は巨大な量です。各複合システムの総角運動量は、その構成要素の角運動量の合計に等しくなります。全角運動量は、連続剛体または流体のボディ全体にわたる角運動量密度 (つまり、体積がゼロに収縮するときの限界における単位体積あたりの角運動量) の体積積分です。

外力がなくても線形運動量が保存されるのと同じように、外部トルクがなくても角運動量は保存されます。

トルク

トルクは、力と同様に、角運動量の変化率として定義されます。どのシステムでも、すべての内部トルクの合計は常にゼロです。言い換えれば、システムの正味の外部トルクは、システムの総トルクと常に等しくなります。

直線力に相当する回転は、トルクと呼ばれます。研究対象に応じて、モーメント、力のモーメント、回転力、または回転効果としても知られています。これは、物体の回転運動を変化させる力の能力を示します。テコの使用に関するアルキメデスの研究は、この概念を生み出しました。トルクは、直線的な力が押したり引いたりするのと同様に、特定の軸を中心としたアイテムのねじれです。

トルクと角運動量の関係

結論

この記事では、角運動量と角運動量の保存について学びます。正味の外部トルクが適用されない場合、システムの正味の角運動量は一定のままです。角運動量の保存は、このステートメントによって記述されます。これは、(エネルギー保存と線形運動量の保存と並んで) 力学における主要な保存規則の 3 番目です。線形運動量の保存は、1 つの重要な点で角運動量の保存とは異なります。粒子系の総質量は変化しません。