貓尾巴與角動(dòng)量守恒

　　一只小貓不小心從二樓陽(yáng)臺(tái)上摔下，你一定很擔(dān)心貓會(huì)被摔死吧，可你看到的是小貓不僅沒(méi)有摔死，在小貓臨著地時(shí)，只見(jiàn)貓尾巴漂亮的一甩，就“咪咪”地逃走了，真是有驚無(wú)險(xiǎn)哪。

　　細(xì)心的讀者或許已經(jīng)注意到，不管小貓開(kāi)始以什么姿勢(shì)落下，而臨著地時(shí)它總是一甩尾巴，然后四足著地。這有什么道理嗎?確實(shí)是有的。物理學(xué)上有一條基本定理，即物體在不受到外力矩作用時(shí)，它的角動(dòng)量J，即物體轉(zhuǎn)動(dòng)角速度w與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I之積為常數(shù)

　　J=w×I=常數(shù)

　　這就是角動(dòng)量守恒定理。我們知道，物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，如我們能很容易轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)均勻的圓盤，而要轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)相同質(zhì)量，半徑很大的圓環(huán)卻要費(fèi)點(diǎn)勁。物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就是用來(lái)衡量物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小的，它與物質(zhì)質(zhì)量及質(zhì)量分布都有關(guān)，因此改變質(zhì)量分布時(shí)就能改變物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，根據(jù)角動(dòng)量守恒，物體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度也會(huì)跟著發(fā)生變化。跳水運(yùn)動(dòng)員在起跳時(shí)總是盡力把身體卷曲起來(lái)，盡量把四肢及腦袋收縮到胸前成球形，以此來(lái)減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(I=mr2，m為質(zhì)量，r為質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸距離)，增大轉(zhuǎn)速，有的運(yùn)動(dòng)員在10米的空中竟能轉(zhuǎn)體三圈多。然后快到水面時(shí)，四肢都伸開(kāi)，減小轉(zhuǎn)速，頭下腳上地鉆入水中，一個(gè)漂亮的轉(zhuǎn)體1080°的動(dòng)作完成了，終于贏得了好成績(jī)。

　　小貓的動(dòng)作也同樣可以借助于角動(dòng)量守恒來(lái)分析。小貓下落時(shí)，身體不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，總角動(dòng)量為零。而快落地時(shí)，尾巴一甩，即尾巴有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有了角動(dòng)量，根據(jù)角動(dòng)量守恒，這時(shí)身體必須向反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)反向的角動(dòng)量，來(lái)保持總角動(dòng)量為零。另外由于貓很靈活，它在甩動(dòng)尾巴的同時(shí)還能調(diào)節(jié)身體各個(gè)部位，以此來(lái)達(dá)到身體快速轉(zhuǎn)動(dòng)的目的，這樣，當(dāng)它快靠近地面時(shí)，四肢已朝下，首先著地，就不會(huì)再傷害身體其它部位了。 

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