為什么花樣滑冰運動員快速轉(zhuǎn)圈時要收縮身體
小朋友們,你們希望自己有個強壯健康的身體嗎?那么趕快選擇一個自己喜歡的運動努力的去鍛煉自己吧。花樣滑冰你們感覺怎么樣,是不是很炫酷,有趣好玩。可是你們知道為什么花樣滑冰運動員快速轉(zhuǎn)圈時要收縮身體嗎?下面就小編來給大家解答一下疑惑吧。
一個小孩雙手左右伸直平舉啞鈴,坐在轉(zhuǎn)椅上慢慢地轉(zhuǎn)動著。當(dāng)他突然將雙手收攏緊靠身體時,發(fā)現(xiàn)自己的轉(zhuǎn)速明顯加快了。沒有人推他,僅僅是自己把手臂收縮回來,為什么轉(zhuǎn)動的速度就會變化呢?
我們不妨先從門的開關(guān)說起,更容易解其中的道。門可以繞著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,通常開門時我們的力是垂直于轉(zhuǎn)動軸的。你可以試試:如果向下用力作用在門把手上(力的方向平行于轉(zhuǎn)動軸),或者使力的方向指向轉(zhuǎn)動軸,門都不會轉(zhuǎn)動起來。
開門的簡單事實包含了很多力學(xué)原。我們至少可以總結(jié)出這樣一個結(jié)論:如果作用力平行于轉(zhuǎn)軸,或者指向轉(zhuǎn)軸,則作用力對門的轉(zhuǎn)動沒有影響。當(dāng)然,可以把門換成其他物體。
在上述小孩轉(zhuǎn)動的問題中,他所受到的外界作用力只有重力和地面對椅子的支承力,且這些力都與轉(zhuǎn)軸平行。根據(jù)我們前面的結(jié)論,這些力對轉(zhuǎn)動沒有影響,即小孩在轉(zhuǎn)動過程中,某個轉(zhuǎn)動的量開始是多少,后來還是多少,否則就是&ld;有影響&rd;的。但是在小孩收攏手臂的前后,轉(zhuǎn)動的速度很明顯起變化了,那么,在轉(zhuǎn)動過程中,能代表&ld;系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動&rd;的某種不變的量究竟是什么呢?
先分析小孩轉(zhuǎn)動問題中的有關(guān)物量的變化。在小孩收攏手臂的前后,其現(xiàn)象是:啞鈴的質(zhì)量不會變,但它與轉(zhuǎn)軸的距離變小了,所以個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動變快了。
而前面的分析說明存在不變化的量,那我們自然容易想到:轉(zhuǎn)動速度與距離分別起變化了,那么它們的和會不會是不變的呢?不可能!因為這兩個量的單位不同,不能相加。那么&ld;轉(zhuǎn)動速度與距離的乘積&rd;會不會是不變的呢?如果你這么思考,那么恭喜你,你猜對了!你所猜測到的結(jié)論其實就是物學(xué)中的&ld;角動量守恒定律&rd;,在力學(xué)中則稱為&ld;動量矩守恒定律&rd;。
有了上述結(jié)論,就很容易解花樣滑冰運動員快速轉(zhuǎn)圈時為什么要收攏四肢:運動員先張開雙臂緩慢轉(zhuǎn)動起來,冰面上的摩擦力很小,基本對轉(zhuǎn)速沒有影響,而重力和支撐力與旋轉(zhuǎn)軸平行,對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動也不起作用;根據(jù)&ld;轉(zhuǎn)動速度與距離的乘積&rd;不變的&ld;角動量守恒定律&rd;,把四肢收攏,就相當(dāng)于減小了與轉(zhuǎn)軸的距離,轉(zhuǎn)速自然就會加快。