貓尾巴與角動量守恒

　　一只小貓不小心從二樓陽臺上摔下，你一定很擔(dān)心貓會被摔死吧，可你看到的是小貓不僅沒有摔死，在小貓臨著地時，只見貓尾巴漂亮的一甩，就“咪咪”地逃走了，真是有驚無險哪。

　　細(xì)心的讀者或許已經(jīng)注意到，不管小貓開始以什么姿勢落下，而臨著地時它總是一甩尾巴，然后四足著地。這有什么道理嗎?確實是有的。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，它的角動量J，即物體轉(zhuǎn)動角速度w與轉(zhuǎn)動慣量I之積為常數(shù)

　　J=w×I=常數(shù)

　　這就是角動量守恒定理。我們知道，物體轉(zhuǎn)動時具有轉(zhuǎn)動慣性，如我們能很容易轉(zhuǎn)動一個均勻的圓盤，而要轉(zhuǎn)動一個相同質(zhì)量，半徑很大的圓環(huán)卻要費點勁。物體的轉(zhuǎn)動慣量就是用來衡量物體轉(zhuǎn)動慣性大小的，它與物質(zhì)質(zhì)量及質(zhì)量分布都有關(guān)，因此改變質(zhì)量分布時就能改變物體的轉(zhuǎn)動慣量，根據(jù)角動量守恒，物體轉(zhuǎn)動的角速度也會跟著發(fā)生變化。跳水運動員在起跳時總是盡力把身體卷曲起來，盡量把四肢及腦袋收縮到胸前成球形，以此來減小轉(zhuǎn)動慣量(I=mr2，m為質(zhì)量，r為質(zhì)點與轉(zhuǎn)軸距離)，增大轉(zhuǎn)速，有的運動員在10米的空中竟能轉(zhuǎn)體三圈多。然后快到水面時，四肢都伸開，減小轉(zhuǎn)速，頭下腳上地鉆入水中，一個漂亮的轉(zhuǎn)體1080°的動作完成了，終于贏得了好成績。

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

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