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猫尾巴与角动量守恒
  发布者:学科专家   来源:中国物理网  发布时间:2014-06-11

          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=mr, 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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游客     发表评论于:2016-1-11 12:06:46
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