大學物理科技小論文

學識都 人氣:5.43K

在平時的學習、工作中,大家總少不了接觸論文吧,論文是描述學術研究成果進行學術交流的一種工具。還是對論文一籌莫展嗎?以下是小編爲大家整理的大學物理科技小論文,希望對大家有所幫助。

大學物理科技小論文

摘要: 角動量這一概念是經典物理學裏面的重要組成部分,角動量的研究主要是對於物體的轉動方面,並且可以延伸到量子力學、原子物理以及天體物理等方面。角動量這一概念範疇系統的介紹的力矩、角速度、角加速度的概念,並且統籌的聯繫到質點系、質心繫、對稱性等概念。本文主要對角動量守恆定律和其應用進行論述。對定律本身進行了簡略的闡述,並就其守恆條件及其結論進行了定性分析。

正文:

大家也許小時候都有過一個疑問:人們走路的時候爲什麼要甩手呢?爲什麼如果走順拐了會感覺特別彆扭呢?一個常見的解釋是,爲了保持身體平衡。這種解釋了和沒解釋沒什麼區別的答案是永遠正確的,問題是甩手到底是怎麼保持身體平衡的?

原來這一切都是我們大學生所熟知的角動量以及動量守恆的原因,很神奇的是原來用動量守恆可以解決很複雜的問題,但是卻用了最簡單的`方法。

1、角動量:角動量也稱爲動量矩,剛體的轉動慣量和角速度的乘積叫做剛體轉動的角動量,或動量矩,單位千克二次方米每秒,符號kgm2/s。角動量是描述物體轉動狀態的物理量。對於質點在有心力場中的運動,例如,天體的運動,原子中電子的運動等,角動量是非常重要的物理量。角動量反映不受外力作用或所受諸外力對某定點(或定軸)的合力矩始終等於零的質點和質點系圍繞該點(或軸)運動的普遍規律。物理學的普遍定律之一。質點軌跡是平面曲線,且質點對力心的矢徑在相等的時間內掃過相等的面積。如果把太陽看成力心,行星看成質點,則上述結論就是開普勒行星運動三定律之一,開普勒第二定律。一個不受外力或外界場作用的質點系,其質點之間相互作用的內力服從牛頓第三定律,因而質點系的內力對任一點的主矩爲零,從而導出質點系的角動量守恆。W.泡利於1931年根據守恆定律推測自由中子衰變時有反中微子產生,1956年後爲實驗所證實。角動量是矢量,角動量L=r×F=r×Fsin

2、力矩:在物理學裏,力矩可以被想象爲一個旋轉力或角力,導致出旋轉運動的改變。這個力定義爲線型力乘以徑長。依照國際單位制,力矩的單位是牛頓-米[1]。

3、作用力矩和反作用力矩:由於作用力和反作用力是成對出現的,所以它們的力矩也成對出現。由於作用力與反用力的大小相等,方向相反且在同一直線上因而有相同的力臂,所以作用力矩和反作用力矩也是大小相等,方向相反,其和爲零。

3、角動量守恆定理:

在不受外界作用時,角動量是守恆的。角動量守恆是跟空間各項同性有關係的,也就是說空間的各個方向是沒有區別的,這叫做物理定律的旋轉不變性,由這種不變性,在理論上,可以得到角動量守恆。動量守恆是跟空間均勻性相關的,也就是說物理定律在各個地方是一樣的,地球上的物理定律跟月亮上的物理定律是一樣的,這叫做空間平移不變性,由空間平移不變性,可以從理論上推導出動量守恆。另外,還有能量守恆是跟時間平移不變性相關的,也就是說,過去,現在和未來物理定律是一樣的話,就有這麼一個量,叫做能量是守恆的。所有這些,

都是由一個叫做諾特定理的東西得出來的[2]。

4、質點系對參考點的角動量守恆定律:

由n個質點組成的質點系,且處於慣性系中,可以推導出作用於各質點諸力對參考點的外力矩的衝量矩∑Mi×△t,等於質點系對該參考點的角動量的變化量,即△L=∑Mi×△t同樣當∑Mi=0時,質點系對該參考點的角動量守恆。如果n個質點組成的質點系,處於非慣性系中,只要把質點系的質心取作參考點,上述結論仍成立。

4、角動量守恆的判斷:

當外力對參考點的力矩爲零,即∑Mi=0時,質點或質點系對該參考點的角動

量守恆。有四種情況可判斷角動量守恆:①質點或質點系不受外力。②所有外力通過參考點。③每個外力的力矩不爲零,但外力矩的矢量和爲零。甚至某一方向上的外力矩爲零,則在這一方向上滿足角動量守恆。④內力對參考點的力矩遠大於外力對參考點的合力矩,即內力矩對質點系內各質點運動的影響遠超過外力矩的影響,角動量近似守恆[3]。

5、角動量守恆定理的應用:

角動量守恆定理在我們的現實生活中非常的常見,航海航天領域和人們平常所使用的工具器械,以及日常中見到的現象很多一部分都可以用角動量守恆定理來解釋。

(1)行星運動:受到太陽的萬有引力這一有心力,由於萬有引力對太陽這個參考點力矩爲零,所以他們以太陽爲參考點的角動量守恆。

(2)芭蕾舞旋轉:跳芭蕾舞的時候,運動員在轉動的過程之中,會收縮雙手,來實現減少轉動慣量,則角速度變大,轉動得越快。

(3)跳水:跳水運動中,運動員在在完成動作時,會將身體蜷縮成球形,目的也是減小轉動慣量,加快轉動速度,更好地完成動作。

(4)航空:安裝在輪船、飛機或火箭上的導航裝置迴轉儀,也叫陀螺,迴轉儀的核心器件是一個轉動慣量較大的轉子,裝在“常平架”上。常平架由兩個圓環構成,轉子和圓環之間用軸承連接,軸承的摩擦力矩極小,常平架的作用是使轉子不會受任何力矩的作用。轉子一旦轉動起來,它的角動量將守恆,即其指向將永遠不變,因而能實現導航作用。宇宙飛船在空間中運行的時候,通過深處或受其兩根杆來改變轉動慣量,從而改變轉動的速度。

(5)體操:體操運動員在完成空翻動作的時候,也是儘量蜷縮身體,是轉動慣量減小,加快轉速。

(6)跳遠:跳遠的時候,起跳之後由於力會產生一個轉動慣量,如果不向後襬手來抵消這個轉動慣量,運動員就會向前翻轉。

角動量守恆定律是一個很有用的定律,我們要更好地理解他,才能在日常生活中活用。

參考文獻

[1]漆安慎,杜嬋英。普通物理學教程 力學[M].北京:高等教育出版社,2005.6~8。

[2]胡海雲。大學物理。北京:國防工業出版社,2009.1。

[3]賈玉磊,賈瑞皋。剛體角動量的定義和定義狀態量的原則[D]。山東 東營:中國石油大學(華東)物理科學與技術學院,2008,13~16。