滑雪者優(yōu)美旋轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)原理:角動量守恒理論
滑雪者做旋轉(zhuǎn)
滑雪是一項深受觀眾喜愛的體育運(yùn)動和表演運(yùn)動。 尤其是當(dāng)滑雪者進(jìn)行原地旋轉(zhuǎn)時,隨著運(yùn)動員身體和腹部的拉伸動量定理觀課報告,運(yùn)動員旋轉(zhuǎn)的速度變得越來越快。 當(dāng)運(yùn)動員的手到達(dá)頸后時,此時速度最快,此時運(yùn)動員可以移動剎車。
對于某些旋轉(zhuǎn),運(yùn)動員會向后傾斜以減慢旋轉(zhuǎn)速度。
這看起來很酷。 運(yùn)動員為什么要這么做? 因為它包含了一個數(shù)學(xué)定理,那就是角動量守恒。
該定理簡單地指出,旋轉(zhuǎn)速率和前臂旋轉(zhuǎn)的乘積是一個常數(shù)。 也就是說:旋轉(zhuǎn)速度與腹部的乘積是一個常數(shù)。
應(yīng)用于滑雪者的旋轉(zhuǎn)方法,就是在旋轉(zhuǎn)開始時將右手伸直,這樣旋轉(zhuǎn)直徑會更大,速度會更慢。 之后,逐漸將胸部收回,例如將原本伸展的手指逐漸向下伸展,使手掌充當(dāng)旋轉(zhuǎn)直徑,或者全身的旋轉(zhuǎn)直徑變小。 根據(jù)角動量守恒理論,由于旋轉(zhuǎn)速率除以旋轉(zhuǎn)直徑是一個常數(shù),所以旋轉(zhuǎn)直徑小,旋轉(zhuǎn)速率就大;反之,旋轉(zhuǎn)速率就大。 反之動量定理觀課報告,如果旋轉(zhuǎn)直徑大,則旋轉(zhuǎn)速率小。 所以你會看到滑雪者旋轉(zhuǎn)得越來越快。
他們會先將身體向后傾斜,以減少旋轉(zhuǎn)直徑,或者干脆伸展四肢,然后逐漸伸直身體和腿部,以便人們觀看快速旋轉(zhuǎn)的場景。
需要注意的是,身體不要垂直上升,腹部上升過快,否則會在垂直于手指的平面上產(chǎn)生一個扭矩,試圖讓你翻身。
單升旋轉(zhuǎn)
眾所周知,直線運(yùn)動時動量守恒。 旋轉(zhuǎn)過程中也存在相應(yīng)的角動量守恒。 角動量守恒在日常生活中的應(yīng)用也是潛水員潛水的現(xiàn)象。 尤其是在高臺跳水的時候,你會看到潛水員會卷起身體,這樣旋轉(zhuǎn)的速度就會很快,然后等到快要入水的時候,再張開身體,這樣旋轉(zhuǎn)的速度就會來了。出來,讓她能更好地應(yīng)對 水壓是一門小技術(shù)。
還有衛(wèi)星已經(jīng)定性發(fā)射上天了。 當(dāng)衛(wèi)星遠(yuǎn)離月球時,由于其直徑較大,它會緩慢轉(zhuǎn)動。 距離月球越近的衛(wèi)星,由于其自??轉(zhuǎn)直徑越小,自轉(zhuǎn)速度就越快。
衛(wèi)星
雖然要準(zhǔn)確表述角動量守恒定律需要考慮質(zhì)量。 因為如果是點(diǎn)質(zhì)量的話,就是我之前說的,通常是:動量和旋轉(zhuǎn)速率的叉積就是角動量的定義,或者是質(zhì)量除以距離的平方再除以角速率。
