Τι είναι η διατήρηση της γωνιακής ορμής;

Η διατήρηση της γωνιακής ορμής είναι μια θεμελιώδης έννοια στη φυσική, μαζί με τη διατήρηση της ενέργειας και τη διατήρηση της γραμμικής ορμής. Δηλώνει ότι η συνολική γωνιακή ορμή ενός συστήματος πρέπει να παραμείνει ίδια, πράγμα που σημαίνει ότι διατηρείται. Η γωνιακή ορμή είναι μια διανυσματική ιδιότητα, που σημαίνει ότι ορίζεται τόσο από το μέγεθος όσο και από μια διεύθυνση, επομένως η διατήρηση της γωνιακής ορμής περιλαμβάνει επίσης διανύσματα.

Η διατήρηση της γωνιακής ορμής ισχύει για συστήματα όπου η συνολική εφαρμοζόμενη ροπή είναι 0. Η ροπή είναι περιστροφική δύναμη, όπως μια συστροφή. Για να προσδιοριστεί εάν ισχύει η διατήρηση της γωνιακής ορμής, αθροίζονται το άθροισμα των γωνιακών ορμών στο σύστημα πριν και μετά από μια αλλαγή. Εάν η γωνιακή ορμή μετά τη μεταβολή μείον εκείνη πριν από την αλλαγή ισούται με 0, η γωνιακή ορμή διατηρήθηκε.

Η γωνιακή ορμή, που συχνά αντιπροσωπεύεται από το γράμμα L στις εξισώσεις, είναι μια ιδιότητα της ροπής αδράνειας και της γωνιακής ταχύτητας ενός αντικειμένου. Η ροπή αδράνειας, που συνήθως αντιπροσωπεύεται από το γράμμα I, είναι ένα μέτρο της αντίστασης ενός αντικειμένου στις αλλαγές στην περιστροφή. Είναι συνάρτηση της μάζας και του σχήματος του αντικειμένου. Οι μονάδες μιας ροπής αδράνειας είναι το εμβαδόν της μάζας επί του εμβαδού, αλλά ο ακριβής τύπος για τη ροπή αδράνειας εξαρτάται από το σχήμα του αντικειμένου. Τα εγχειρίδια φυσικής και μηχανικής περιλαμβάνουν συχνά ένα διάγραμμα με τύπους για τη στιγμή αδράνειας των κοινών σχημάτων αντικειμένων για να βοηθήσουν τους υπολογισμούς.

Η γωνιακή ταχύτητα ενός αντικειμένου μετριέται σε ακτίνια ανά δευτερόλεπτο και συνήθως αντιπροσωπεύεται από το ελληνικό γράμμα ωμέγα. Υπολογίζεται διαιρώντας τη συνιστώσα του διανύσματος της ταχύτητας που είναι κάθετη στην ακτίνα κίνησης με την ακτίνα. Στην πράξη, το αποτέλεσμα συχνά επιτυγχάνεται πολλαπλασιάζοντας το μέγεθος του διανύσματος ταχύτητας με το ημίτονο της γωνίας του διανύσματος και διαιρώντας με το μέγεθος της ακτίνας.

Για να βρεθεί η γωνιακή ορμή ενός αντικειμένου, η ροπή αδράνειας πολλαπλασιάζεται με τη γωνιακή ταχύτητα. Δεδομένου ότι και τα δύο είναι διανυσματικά μεγέθη, η διατήρηση της γωνιακής ορμής πρέπει επίσης να περιλαμβάνει ένα διανυσματικό μέγεθος. Εκτελείται πολλαπλασιασμός διανυσμάτων για τον υπολογισμό της γωνιακής ορμής, L = I*w.

Εάν το αντικείμενο για το οποίο υπολογίζεται η γωνιακή ορμή είναι ένα πολύ μικρό σωματίδιο, μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση L = m*v*r. Σε αυτή την εξίσωση, m είναι η μάζα του σωματιδίου, v είναι η συνιστώσα του διανύσματος της ταχύτητας που είναι κάθετη στην ακτίνα κίνησης και r είναι το μήκος της ακτίνας. Οι ποσότητες σε αυτήν την εξίσωση είναι όλες βαθμωτές και χρησιμοποιείται ένα θετικό πρόσημο ή ένα αρνητικό πρόσημο για να δείξει την κατεύθυνση περιστροφής.