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角动量守恒与航天器的运动

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:在天文学上描述行星绕太阳的椭圆运动的开普勒第二定律实际上就是角动量守恒定律。航天器在地球万有引力作用下的椭圆运动,角动量也守恒,因此航天器在远地点的速度最小,从远地点到近地点的运动过程中速度不断增大,到达近地点的速度为最大。

第七节 角动量守恒与航天器的运动

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图5 角动量守恒实验

现在我们可以来做这样一个实验,如图5所示,一质量为m的质点系在绳子的一端,绳的另一端穿过水平光滑桌面的中央的小洞口,起初下面用手拉着不动,但质点在桌面上绕O点作匀速圆周运动,半径为r1,速率为v1,然后慢慢地向下拉绳子,使它在桌面上的那一段绳子缩短,半径变为r2,速率为v2,结果我们发现质点运动速度加快,且有mv1r1=mv2r2,其中mv1r1和mv2r2分别为质点初、末状态相对于O点的角动量,上式就是对固定点O的角动量守恒定律,它可以表述为:如果一个质点在运动过程中受到的外力相对于某固定点的力矩为零,则质点相对该固定点的角动量守恒。

花样滑冰运动员或芭蕾舞演员,需要快速旋转时总是先将手脚伸开以一定角速度旋转,然后迅速收回手脚,转速就显然增加了。同样,跳水运动员在空中常把身体卷曲起来使转动加快,而在接近水面时又将身体放开使转速减小。这些都是角动量守恒定律的应用。在天文学上描述行星绕太阳的椭圆运动的开普勒第二定律实际上就是角动量守恒定律。

航天器在地球万有引力作用下的椭圆运动,角动量也守恒,因此航天器在远地点的速度最小,从远地点到近地点的运动过程中速度不断增大,到达近地点的速度为最大。

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