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1 # 仰望星空
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2 # 物理思維
假設物理系統由單粒子(不考慮轉動的話,一個平動物體的運動和粒子的運動相同)構成,粒子的運動由位置向量r和動量向量p描述。
角動量的定義是位置向量叉乘動量向量:
位置向量與座標原點的選取有關,換句話說位置向量是從原點到粒子位置的一個箭頭(所謂向量就是既要考慮大小,又要考慮方向)。
假設粒子做直線運動,只要粒子動量方向和位置向量方向不平行,換句話說就是粒子運動方向不在粒子到原點連線的方向上,位置向量和動量向量的叉乘就不是零。換句話說做直線運動的物體也可能具有非零角動量。
值得注意的是座標原點的選取是任意的,如果我們選取座標原點就在粒子運動方向的延長線上,此時由於位置向量與動量向量平行,二者叉乘的結果就是零。
舉個例子,在盧瑟福散射實驗中,如果選取金屬靶上原子核為座標原點,入射α粒子的瞄準距離(α粒子垂直於金屬靶入射,α粒子入射動量延長線距離靶心最近的距離)不為0的話,α粒子的角動量就不是零。
上圖中的b就是瞄準距離,以原子核為原點,入射α粒子的角動量是mvb。注意,當α粒子從無窮遠入射時,α粒子是做直線運動的,只有當α粒子靠近原子核時,其運動軌道才因為庫倫排斥力被推到離原子核較遠的地方。
我想題主說的是物體在作平面運動,或者是空間運動的一種特例。一般的平面運動,應該是物體一方面隨質心作平動,另一方面物體還繞質心作轉動。物體做這種運動的數學表示式是:
ma=ΣF–––(1) ; Jε=ΣM–––(2)
稱為物體平面運動微分方程。式中m是物體的質量,a是物體質心的加速度,ΣF是合外力;J是物體的轉動慣量,ε是物體的角加速度,ΣM是物體的合外力矩。
(1)式表示的是物體質心的運動;(2)式表達的是物體繞質心的轉動。當物體的質心作直線運動時,可以同時繞質心作轉動。所以作直線運動的物體,也可以有角動量。