角动量守恒公式(刚体的角动量守恒定律公式)

无论是宇宙中的星系、星体、甚至宇宙物质,还是量子力学中的某些物理现象,都符合角动量守恒。可见角动量守恒是物理中非常重要的定律。我们怎样理解它呢?

首先角动量是矢量,在经典力学中角动量的表达式是:

d(Jω)/dt=M

角动量在刚体动力学中与动量是对应的概念,它的大小取决于转动的速率ω和转动物体的质量分布即转动惯量J。

对角动量守恒来说,此表达式的物理意义就是,当物体的外力矩M等于零时,物体的角动量Jω=常数。也就是说,一个物体的转动也是有惯性的,只要外力矩等于零,转动惯量不变的情况下,物体转动的速度和方向是不变的。而物体受到内力或者受外力,只要不是外力矩,都不会改变物体的转动效应。

角动量守恒公式(刚体的角动量守恒定律公式)

角动量的几何意义是,在合外力矩为零时,物体与中心点的连线,单位时间扫过的面积不变,在天体运动中表现为开普勒第二定律。例如,在相等时间内,太阳和地球的连线所扫过的面积都是相等的。

在量子力学中,角动量守恒的理论是与经典力学是相对应的。轨道角动量和自旋角动量各自都不守恒。当体系的哈密顿量具有空间转动变换下的对称性时,它才是守恒的。

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