《科普知识大观园·走进奇妙的科学实验世界:就地取材玩物理(1)》:
角动量也可以写成J=Iω,其中I是转动惯量,I=mr2,本实验的角动量J指的是小球绕漏斗直管中心为轴的旋转角动量。小球在漏斗大口边缘时,因为离转轴的垂直距离最远,它的转动惯量I=mr2最大,因而角速度ω最小,随着小球在漏斗中的转动,离转轴的垂直距离越来越小,表明小球m相对于转轴的转动惯量I越来越小,为了保证角动量J守恒,小球的转动角速度叫必然越来越大。
球的质量对其自身滚动的影响会如何呢?
因漏斗相同,质量大的球在漏斗中转动的转动惯量大,它的运动状态较小质量的球更难以改变,因此质量大的球,角速度叫增加会比较慢,滚下漏、斗的时间也会更长。
一片树叶滚进河流的旋涡中,消失的速度会很快,而一块大石头,在旋涡中消失的速度会比树叶慢一些,和这里的实验同理。
在天然区域游泳的人如果不幸遇到旋涡,用蛙泳或自由泳比踩水更容易脱离旋涡,为什么?因为踩水时人取的是立姿,整个人的身体与旋涡中心的距离r大约相同,人相对于旋涡中心的转动惯量I=mr2比较小,而蛙泳或者自由泳时,人取的是卧姿,质量分布按横截面逐步远离旋涡中心,转动惯量I更大,对于守恒的角动量J=Iω而言,J大,角速度ω就小,就相对不容易被旋涡拉进中心而致命。懂点物理可以救命,岂不幸哉!
过去,在农村里有一种分离粮食的粒与皮的土方法,是把带皮的粮食粒通通倒进一个圆笸箩里,农民用手不断地旋转笸箩,让粮食在里面旋转,旋转到一定的时候,质量较轻的皮屑就基本集中在笸箩的中心,而质量较大的去了皮的粮食颗粒则围在皮的周围,自动实现了粒与皮的分离,也是这个道理。
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