(完整版)12101018-谭思阳-物理演示实验-茹科夫斯基转椅演示角动量守恒

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陀螺转椅实验报告

陀螺转椅实验报告

陀螺转椅实验报告
《陀螺转椅实验报告》
在这个实验中,我们将探索陀螺转椅的运动规律和物理原理。

陀螺转椅是一种
常见的儿童游乐设施,它的特点是座椅可以自由旋转,当人坐在上面时,可以
通过踩踏地面或者用手推动来使座椅旋转。

我们将通过实验来观察陀螺转椅的
运动特点,并分析其中的物理原理。

首先,我们在实验室中设置了一个陀螺转椅,并让一名实验者坐在上面。

实验
者用脚踩踏地面,使座椅开始旋转。

我们观察到,当实验者用力踩踏时,座椅
的旋转速度会加快;当实验者停止踩踏时,座椅的旋转速度会逐渐减慢,最终
停下来。

这表明,陀螺转椅的旋转速度与施加在上面的力有关。

接下来,我们对陀螺转椅的旋转运动进行了分析。

根据角动量守恒定律,当实
验者踩踏地面时,陀螺转椅的角速度会增加,这是因为实验者的踩踏力矩使陀
螺转椅的角动量增加。

而当实验者停止踩踏时,陀螺转椅的角速度会逐渐减小,最终停下来。

这说明,陀螺转椅的旋转运动符合角动量守恒定律。

通过这个实验,我们深入理解了陀螺转椅的运动规律和物理原理。

陀螺转椅的
旋转速度与施加在上面的力有关,同时符合角动量守恒定律。

这些发现不仅增
加了我们对陀螺转椅的认识,也为我们理解旋转运动的物理规律提供了一个生
动的案例。

希望通过这个实验报告,能够让更多的人对物理学产生兴趣,并深
入探索自然界的奥秘。

角动量守恒原理实验报告(3篇)

角动量守恒原理实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 验证角动量守恒定律。

2. 理解转动惯量与角速度的关系。

3. 掌握实验操作技能,提高实验数据分析能力。

二、实验原理角动量守恒定律是指在一个封闭系统中,如果没有外力矩作用,系统的总角动量保持不变。

即 \( \frac{dL}{dt} = 0 \),其中 \( L \) 为系统的总角动量。

实验中,通过改变转动惯量 \( I \) 和角速度 \( \omega \),观察系统的角动量是否守恒。

三、实验器材1. 茹科夫斯基凳2. 哑铃3. 秒表4. 卷尺5. 记录本四、实验步骤1. 将茹科夫斯基凳放置在平稳的桌面上。

2. 演示者A坐在凳子上,双手各拿一个哑铃,保持哑铃紧靠胸前。

3. 演示者B旋转茹科夫斯基凳,同时记录凳子的转速 \( \omega_1 \)。

4. 演示者A将双臂展开,使哑铃侧平举。

5. 再次旋转茹科夫斯基凳,记录凳子的转速 \( \omega_2 \)。

6. 重复步骤4和5,记录多次转速数据。

7. 改变哑铃重量,重复实验,记录转速数据。

1. 当演示者A将哑铃放于胸前时,凳子旋转速度较快。

2. 当演示者A张开双臂后,凳子转速明显减慢。

3. 随着哑铃重量的增加,凳子的转速逐渐增加。

六、数据分析1. 计算凳子的转动惯量 \( I \):\( I = m \cdot r^2 \),其中 \( m \) 为哑铃重量,\( r \) 为哑铃到转轴的距离。

2. 计算凳子的角速度 \( \omega \):\( \omega = \frac{v}{r} \),其中 \( v \) 为凳子的线速度,\( r \) 为凳子半径。

3. 分析转速 \( \omega_1 \) 和 \( \omega_2 \) 的关系,验证角动量守恒定律。

七、实验结果1. 在哑铃紧靠胸前时,凳子的转动惯量 \( I_1 \) 较小,转速 \( \omega_1 \) 较快。

2. 在哑铃侧平举时,凳子的转动惯量 \( I_2 \) 较大,转速 \( \omega_2 \) 较慢。

茹科夫斯基转椅原理的应用

茹科夫斯基转椅原理的应用

茹科夫斯基转椅原理的应用
茹科夫斯基转椅原理是流体力学中的一个概念,描述了液体或气体在旋转容器中运动时的现象。

它的应用包括以下几个方面:
1. 混合与搅拌:通过旋转容器和转子,液体或气体可以更加均匀地混合和搅拌。

这在化工、食品加工、制药等领域中非常常见。

2. 分离与过滤:利用茹科夫斯基转椅原理,可以实现液体中的固体颗粒或气体中的微粒的分离和过滤。

例如,在制药行业中,常用离心机利用转椅原理将混合溶液中的颗粒或沉淀分离出来。

3. 测速仪器:茹科夫斯基转椅原理也可以应用于测速仪器中,例如旋转传感器和信号处理器的组合可用于测量流体的速度和流量。

4. 航空航天领域:茹科夫斯基转椅原理被应用于航空航天领域中的喷气发动机,其中涡轮的旋转运动产生动力,并推动空气或燃料的流动。

5. 传感器技术:茹科夫斯基转椅原理也被广泛应用于传感器技术中,例如流量传感器、旋转传感器等。

总的来说,茹科夫斯基转椅原理的应用非常广泛,涵盖了许多行业和技术领域,从实现混合到流体测量,从分离固体微粒到航空航天推进技术。

茹可夫斯基转椅原理的应用

茹可夫斯基转椅原理的应用

茹可夫斯基转椅原理的应用简介茹可夫斯基转椅原理是一个数学领域的概念,被广泛应用于计算机科学、统计学、人工智能等领域。

这个原理通过将一个复杂的问题分解为多个简单的子问题来解决。

原理解释茹可夫斯基转椅原理是基于分治策略的思想。

它认为一个复杂的问题可以通过将其分解为多个相互独立的子问题来解决。

每个子问题都可以独立求解,并通过适当的合并策略来得到最终的解。

应用领域茹可夫斯基转椅原理在以下领域得到了广泛的应用:1.计算机科学:在算法设计中,茹可夫斯基转椅原理被用来提高算法的效率。

通过将一个大规模的问题分解为多个较小的子问题,并使用各种合并策略来处理这些子问题的结果,可以大大提高算法的运行效率。

2.统计学:在统计推断中,茹可夫斯基转椅原理被用来估计复杂模型的参数。

通过将复杂模型拆解为多个简单模型,并使用各种合并策略来整合这些简单模型的参数,可以得到复杂模型的参数估计。

3.人工智能:在机器学习和深度学习中,茹可夫斯基转椅原理被用来优化神经网络的训练过程。

通过将大规模的训练数据分解为多个小批量数据,并使用各种合并策略来整合这些小批量数据的训练结果,可以提高神经网络的训练效果。

实例应用下面是一个实例应用茹可夫斯基转椅原理的案例:假设我们要解决一个大规模的排序问题,需要对1亿个整数进行排序。

可以将这个大规模的问题分解为多个小规模的排序问题,例如先分别对每个小规模的数据进行排序,然后再合并这些排序好的小规模数据。

具体的步骤如下:1.将1亿个整数分解为100个子问题,每个子问题处理1百万个整数。

2.对每个子问题使用快速排序等高效的排序算法进行排序。

3.将排序好的100个子问题的结果合并为一个排序好的结果。

通过这种分治策略,我们将一个复杂的排序问题分解为多个简单的排序问题,并使用合并策略来整合这些简单排序问题的结果。

这样就提高了排序算法的效率,同时也减少了对计算资源的需求。

总结茹可夫斯基转椅原理是一个非常有用的数学原理,广泛应用于计算机科学、统计学、人工智能等领域。

大学物理演示实验室展品

大学物理演示实验室展品
(锯条演示)
共振系列实验
(共振环演示)
共振系列实验
(共振小娃演示)
环形驻波演示
“波”的合成演示仪
热力学
记忆合金水车
温差发电
黑体辐射
内然机
太阳能赛车
热力学第二定律
太阳能飞机
空气热机
空气粘滞力
热辐射
半导体热堆热机
速率分布
居里点演示
热气球
蒸汽机模型
其他
三球仪
莫比乌斯球
回顾与展望
系列展板
光栅立体画
互补色图像
电磁炮
帕尔贴效应
温差电磁铁演示仪
手触蓄电装置
高压带电作业
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电荷分布演示
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数据化系统
长江三峡水轮
发电机组模型
力学
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角动量合成演示
神秘的普氏摆
旋转系列演示
阿基米德螺旋
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转动惯量演示
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混沌摆
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耦合摆研究实验
流速与压强
离心力演示
茹科夫斯基转椅
回转仪
陀螺仪
永动轮
能量穿梭机
振动和波
水波演示
孤波演示仪
圆偏振波实验
碰撞打靶实验
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简谐振动合成
液体驻波演示
水驻波演示
玻尔共振仪
傅科摆
多普勒效应
绳驻波
分子运动演示
纵波
“拍”的合成演示仪

物理演示与探索实验室 仪器使用说明

物理演示与探索实验室 仪器使用说明

物理演示与探索实验室仪器使用说明目录茹科夫斯基凳 (5)角动量守恒转台 ......................................... 错误!未定义书签。

两用陀螺进动演示 (6)大型玻璃杯共振演示 (7)惯性系中运动规律演示 (9)立式对比滚柱转动惯量 (10)超弹性碰撞 (11)旋飞球演示角动量守恒 (12)定向陀螺 (13)直升飞机演示角动量守恒 (14)大型蛇形摆 (15)声波可见 (16)飞机升力 (17)气体压强模拟 (18)弦驻波演示 (19)伯努力悬浮球 (20)大型弹簧纵驻波 (21)黑体辐射与吸收 (22)黑体模型 (23)磁阻尼摆 (24)电磁驱动 (25)神奇的跳环 (26)RC电路时间常数演示 (27)手触电池 (28)亥姆霍兹线圈演示 (29)通电线圈间相互作用力演示 (30)涡流热效应演示 (32)偏振光干涉演示 (33)动态窥视无穷 (34)反射光栅变换画 (35)便携式绿激光干涉演示 (36)便携式绿激光衍射演示 (37)便携式光的偏振现象演示 (38)基于同轴光路的光学干涉系统................. 错误!未定义书签。

静电跳球 (39)静电摆球 (40)静电滚筒 (41)静电风轮 (42)电风吹烛 (43)避雷针演示 (44)平行板电场演示 (45)电磁炮 (46)雅格布天梯 (47)实验名称...................................................... 错误!未定义书签。

茹科夫斯基凳操作方法:1.操作者坐在凳上系好安全带,手持哑铃,两臂收缩在胸前;2.其他人推动转椅,使转椅转动起来,然后操作者伸开双臂,可看到操作者和凳的转速显著变慢;3.操作者再度收缩两臂,系统转速变快。

原理:质点系绕定轴转动时,当质点系所受到的对转轴的合外力矩为零时,质点系对转轴的总角动量守恒,即∑J iωi=恒量,说明内力矩不影响质点系的总角动量。

角动量守恒实验现象

角动量守恒实验现象

角动量守恒实验现象角动量守恒是物理学中一个重要的守恒定律,它指出在一个系统中,如果没有外力作用,系统的总角动量将保持不变。

为了验证这一定律,科学家们进行了一系列的实验,其中一项经典的实验是旋转椅实验。

在这个实验中,实验装置由一个旋转椅和一个小转盘组成。

实验者首先坐在旋转椅上,将双手伸直,手中各拿着一个旋转转盘。

当实验者将两个转盘靠近胸部并将其旋转时,整个系统开始发生旋转。

当转盘开始旋转时,实验者会感受到一个力矩的作用,使得旋转椅开始转动。

然而,当实验者将两个转盘拉开,使其远离胸部,转盘的转动速度会变慢,旋转椅的转动速度也会减小。

这个实验现象可以通过角动量守恒来解释。

在实验开始时,实验者的手和转盘的角动量为零,整个系统的总角动量为零。

当实验者将转盘旋转起来时,转盘的角动量增加,而实验者的手和旋转椅的角动量则相应减小。

根据角动量守恒定律,系统的总角动量保持不变,因此当转盘的角动量增加时,实验者和旋转椅的角动量必须相应减小,以保持总角动量为零。

这就是为什么当实验者将转盘拉开时,转盘的转动速度减小,旋转椅的转动速度也减小的原因。

通过这个实验,我们可以看到角动量守恒定律的实际应用。

无论是旋转椅实验还是其他类似的实验,都可以验证这一定律的正确性。

角动量守恒定律在物理学中具有广泛的应用,例如在天体运动、分子运动以及机械运动等领域。

除了验证角动量守恒定律,这个实验还可以帮助我们理解旋转运动的基本原理。

通过观察转盘和旋转椅的运动,我们可以看到转盘在旋转过程中会产生一个力矩,力矩的作用使得旋转椅开始转动。

这个实验可以帮助我们深入理解力矩和角动量之间的关系。

总结起来,角动量守恒实验是一个重要的实验,它可以验证角动量守恒定律的正确性,并帮助我们理解旋转运动的基本原理。

通过这个实验,我们可以看到角动量在一个系统中的重要作用,它可以使系统的总角动量保持不变,从而影响系统的运动。

这个实验不仅在物理学中具有重要意义,也可以帮助我们更好地理解自然界中的各种旋转现象。

演示实验总结

演示实验总结

演示实验之角动量守恒学习物理知识也有十年了,但总有一种飘忽忽的感觉,一直都不知是什么原因。

实验让我恍然大悟,平常学习的只是课本上的理论知识,考完试后很快就忘记了。

而实验能让我亲眼见到了理论中的现象,从现象中去思考原因,更能让我记住其中的原理。

周六的演示实验中,老师给我们小组分配的任务是角动量守恒的实验。

实验内容很有趣,我们利用一把茹可夫斯基转椅,两个哑铃,一个自行车车轮,一个转台做了两个小实验。

第一个实验:演示者坐在可绕竖直转轴自由旋转的茹可夫斯基转椅上,手握哑铃,两臂平伸。

使转椅转动起来,然后收缩双臂,可看到人和椅的转速显著加大。

两臂再度平伸,转速减慢。

这是因为绕固定转轴转动的物体的角动量等于其转动惯量与角速度的乘积,即L=Jw,且当外力矩等于零时,角动量守恒。

因此在没有外加作用的情况下(重力在此过转轴,不提供外力矩),改变转动惯量(通过改变质量的分布)就可以改变转动的速度。

当人收缩双臂时,转动惯量减小,因此角速度增加。

星系形成过程中,天体的距离越近,转动的速度越快,就是这个道理。

第二个实验:站在可以自由转动的转台上,转动静止的车轮以改变轴的方向,人并不会转动。

但是如果车轮是转动的,那么改变手持车轮的方向将会需要提供力矩,这样在反作用下人也会在平台上转动。

人和车轮在一起是满足角动量守恒的。

改变车轮转动的方向需要提供力矩,这样反作用下人也会转起来。

这节课让我更加形象的认识了刚角动量守恒定体律;老师还给我们举了现实生活中的例子,深深地感受到物理在生活中无处不在,如直升飞机就是运用了角动量守恒的原理。

演示实验中其他组的实验也很有意思,如悬浮车的演示,等电势高压的演示,共振现象等让我觉得科学是如此强大,又是如此深不可测。

意识到实验室多么的重要,杨振宁曾说过,中国留学生学习成绩往往比一起学习的美国学生好得多,然而十年以后,科研成果却比人家少得多,原因就在于美国学生思维活跃,动手能力和创造精神强。

我们应注重提高我们的实验动手能力,为将来的科学发展做出贡献。

座椅,轮轴角动量守恒定律

座椅,轮轴角动量守恒定律

座椅,轮轴角动量守恒定律
轮轴角动量守恒定律,又称转动定律,应用于座椅或其他带有轮轴结构的物体时,表明如果没有外力矩作用,系统的总角动量将保持不变。

在一个封闭系统中,不论座椅如何旋转,只要没有任何外力矩作用于座椅及其轮轴,其轮轴两端的角速度与角动量乘积之和是恒定的。

具体到座椅,比如一个带轮子的办公椅,当你坐在椅子上用力推动地面,使得椅子旋转,如果没有摩擦力或其他阻力矩作用,椅子将继续旋转直到停止,这个过程中椅子系统的总角动量是守恒的。

数学表达式为:L=Iω,其中L是系统的总角动量,I是转动惯量,ω是角速度。

若无外力矩作用,L的值始终保持不变。

在座椅实例中,初始状态下推椅子的手的力矩会使座椅和人体系统获得一定的角动量,此后如果不受到其他力矩影响,这个角动量将一直保持下去。

茹科夫斯基凳演示论文

茹科夫斯基凳演示论文

一、实验目的:定性观察合外力矩为零的条件下,物体系统的角动量守恒;角动量守恒的物体系统的转动惯量变大时,角速度会变小,反之亦然。

二、实验仪器:茹科夫斯基凳三、实验原理:一种可绕垂直轴自由站立在转台上的人改变手握:哑铃的双臂位置,使转台和人所组成系统的惯性矩发生变化沿垂直方向的重力不构成绕转轴的力矩.如阻尼力矩也忽略不计,则绕转轴的外力矩为零,系统的动量矩守恒.因双臂位置在演示过程中发生变化,系统不满足刚体的定义,但对于每个固定姿势,可以利用刚体的动量矩公式.当动量矩L为常值时,惯性矩J的变化必引起角速度w 的变化w=L/J,绕定轴转动的刚体,当对转轴的合外力矩为零时,刚体对转轴的角动量守恒,即Jw=恒量。

刚体的转动惯量J-般为常量, j w不变导致w不变,即刚体在不受合外力矩时将维持匀角速度转动,但若转动物体是一-种可变形固体,并改变它对转轴的转动惯量,则物体的角速度就会产生相应的变化:当J增大时w 就减小, J减小时w就增大,从而保持乘积Jw不变。

茹可夫斯基凳实验中,因为人的双臂并不产生对转轴的外力矩,忽略转轴的摩擦,系统的角动量应保持守恒,人和凳的转速随着人手臂的伸缩而改变。

四、实验操作:握哑铃坐在椅子上,握哑铃3种姿势:第一种(1)双臂平举,第二种(2)双臂收缩至胸前,第三种(3)双臂下垂.当状态(1)转变为状态(2)或(3),即双臂平举变为双臂收缩或下垂时,惯性矩J减小,转速w升高.反之,如状态(2)或(3)转变为状态(1),即双臂收缩或下垂变为双臂平举时惯性矩增大转速降低。

五、实验总结分析:除了解释动量矩守恒原理之外,茹科夫斯基凳的能量变化也是一个值得讨论的问题.利用刚体的动能公式T=Jw2/2,将式(1)中的角速度w代入,化作T=L*L/2J可看出,在动量矩L为常值的条件下,动能T也随惯性矩J的变化而改变.当惯性矩J减小使角速度增大时动能也随之增大.反过来也是如此.根据动能定理,质点系动能的变化是外力和内力做功的结果.因此在握哑铃人改变姿态的过程中,必然有外力或内力的功存在.茹科夫斯基凳的外力是哑铃的重力,内力是手对哑铃的握力.后者不仅要克服重力,而且要克服转台旋转引起的惯性力,包括离心力和科里奥利力.其中重力功wg的正负号很容易确定,向下运动时作正功,向.上运动时作负功.内力功W测必须根据握力和运动方向是一致还是相反来作出判断外力和内力所作总功。

举例说明生活中角动量守恒的现象

举例说明生活中角动量守恒的现象

举例说明生活中角动量守恒的现象那天,我正坐在村头的老槐树下,看着一群孩子在玩陀螺。

陀螺这东西,转起来就像个不倒翁,你越抽它,它越转得欢。

孩子们的笑声,像那陀螺的旋转声,一圈一圈地荡漾开来。

老李头,村里有名的木匠,正坐在我旁边,手里拿着个木陀螺,一边打磨一边说:“这陀螺啊,转起来可有意思了。

你别看它小,转起来那劲儿可不小。

”我笑着接话:“是啊,老李头,这陀螺转起来,就像咱们村里的那些事儿,转来转去,总有个不变的理儿。

”老李头抬头看了我一眼,眼神里透着点儿狡黠:“你这话里有话啊,是不是又在琢磨啥事儿呢?”我摆摆手,笑道:“哪有啥事儿,就是看着这陀螺,想起了咱们村里的那些人。

你看,这陀螺转起来,不管怎么抽,它的轴心总是不变的。

咱们村里那些人,不管外面怎么变,心里那点儿东西,总是不变的。

”老李头点点头,又低头继续打磨他的陀螺:“你说得对,这陀螺转起来,就像咱们村里的人,心里有杆秤,不管外面怎么变,秤砣总是稳稳的。

”正说着,村长老王头走了过来,手里拿着个文件夹,一脸严肃:“你们俩在这儿聊啥呢?村里要搞个新项目,得开个会,你们都得去。

”我站起来,拍拍屁股上的土:“老王头,你这项目,是不是又要咱们村里的人掏腰包啊?”老王头瞪了我一眼:“你这话说的,咱们村里的发展,不靠大家靠谁?再说了,这项目可是为了大家伙儿好。

”我笑了笑,没再说啥,跟着老王头往村委会走。

路上,我回头看了眼老李头,他还在那儿打磨他的陀螺,仿佛那陀螺就是他的整个世界。

到了村委会,村长老王头开始讲他的新项目,大家伙儿听得云里雾里,但都点头称是。

我坐在角落里,看着大家,心里想着:这村里的人,就像那陀螺,转来转去,总有个不变的轴心。

不管外面怎么变,心里那点儿东西,总是不变的。

会议结束,大家散去,我走在回家的路上,心里想着:这生活啊,就像那陀螺,转来转去,总有个不变的理儿。

角动量守恒原理 实验

角动量守恒原理 实验

角动量守恒原理实验
角动量守恒原理是物理学中非常重要的一个概念,它指出在没
有外力矩作用的情况下,一个物体或系统的角动量将保持恒定。


了验证这一原理,我们可以进行以下实验。

实验材料:
1. 一个旋转椅。

2. 一把转动的陀螺。

3. 一个旋转的扭簧。

4. 一个旋转的自行车轮。

实验步骤:
1. 旋转椅实验,一个人坐在旋转椅上,双腿离地,将双臂伸直。

当旋转椅转动时,由于角动量守恒原理,当双臂向内收紧时,旋转
椅的转速会变快;当双臂向外伸展时,旋转椅的转速会变慢。

2. 陀螺实验,拿起一个转动的陀螺,当陀螺旋转时,它会保持平衡。

如果改变陀螺的转动轴方向,陀螺会产生一个与转动轴垂直的角动量,由于角动量守恒原理,陀螺将倾斜并绕着一个圆锥形路径旋转。

3. 扭簧实验,将一根扭簧固定在一端,另一端用手扭转。

当松开扭簧时,由于扭簧的扭转产生了角动量,扭簧的另一端会产生旋转运动,直到角动量耗尽。

4. 自行车轮实验,拿起一个旋转的自行车轮,当自行车轮旋转时,它保持平衡。

如果改变自行车轮的旋转方向或速度,由于角动量守恒原理,自行车轮会产生倾斜,但仍然保持平衡。

通过以上实验,我们可以清楚地观察到角动量守恒原理的实际效果。

这些实验验证了在没有外力矩作用的情况下,角动量守恒原理成立的事实。

这一原理对于理解物体运动和旋转的规律具有重要意义,也为我们解释了许多日常生活中的现象提供了理论基础。

角动量守恒的例子

角动量守恒的例子

角动量守恒的例子
角动量守恒是物理学中一个非常重要的定律,它指出了物体的角动量在特定的情况下将保持不变。

在实际情况中,有多种方式可以证明这一定律,其中一种最直接的方法就是通过实验来证明它。

以下是一个证明角动量守恒的例子:
实验装置:将一个空心立方体用四根细绳绑在平行支点之间,并悬挂到水平轴上,使它保持水平姿态。

此外,可以在立方体的六个面上粘贴六种不同颜色的贴纸以增加装置的可玩性。

实验方法:把它旋转后放下,观察旋转后的姿态是否与旋转前的姿态一致。

实验结果:实验中可以发现,旋转前后,立方体始终都是以水平姿态悬挂,而且六个面上的贴纸颜色也仍然保持原来的状态不变。

结论:上述实验中,立方体始终保持水平姿态,而且六个面上的贴纸颜色也仍然保持原来的状态,可以证明角动量在特定条件下确实保持守恒。

因此,这种实验可以证明物体的角动量守恒性的定律。

大学物理实验茹科夫斯基椅实验演示

大学物理实验茹科夫斯基椅实验演示

27. 茹科夫斯基椅
一、演示目的
定性观察合外力矩为零的条件下,物体系统的角动量守恒。

二、原理
质点系绕定轴转动时,若其所受到的合外力矩为零,则质点系的角动量守恒,L=Jw=恒量。

因为内力矩不会影响质点系的角动量,若质点系在内力的作用下,质量分布发生变化,从而使绕定轴转动的转动惯量改变,则它的角速度将发生相应的改变以保持总角动量守恒。

本实验的对象是手持哑铃坐在轮椅上的操作者,若哑铃位置改变,则操作者及轮椅系统的转动惯量改变,从而系统角速度随之改变。

三、装置
茹科夫斯基椅
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四、现象演示
1 操作者坐在可绕竖直轴自由旋转的椅子上,手握哑铃,两臂平伸。

2 其他人推动转椅使转椅转动起来,然后操作者收缩双臂,可看到操作者和椅的转速显著加大。

两臂再度平伸,转速复又减慢。

可多次重复,直至停止。

五、讨论与思考:
1 操作者手持哑铃坐在转椅上伸缩手臂,可使转速随之而改变;花样滑冰转体动作随肢体的伸缩也在改变转速,试问这两种情况地面的支持力分别起什么作用?跳水运动员或体操运动员在空中改变形体是否可以使身体停止转动?
2 在本实验中,坐在转椅上的操作者,哑铃和转椅所构成系统的总动能是否发生变化?。

2.茹可夫斯基凳

2.茹可夫斯基凳

实验二 茹可夫斯基凳
【仪器介绍】
如图2-1所示,转盘上安置了一张可绕竖直轴自由转动的凳子。

【操作与现象】
操作者坐在凳上,手持哑铃,两臂平伸,由旁人助其旋转或自己设法转动起来,然后慢慢收起双臂,可以看到转速不断增大。

若把两手再平伸,则转速就由大变小。

【原理解析】
系统绕某一定轴转动时,若所受的合外力矩为零,则系统的角动量守恒,ω I J ==恒量,式中I 为系统的转动
惯量。

茹可夫斯基凳实验中,因为人的双臂并不产生对转轴的外力矩,忽略转轴的摩擦,系统的角动量应保持守恒。

根据转动惯量的平行轴定律,手臂伸开时系统的转动惯量2I 明显大于双臂收起时的转动惯量1I ,由角动量守恒定律可知,当12I I >时,则12ωω<,所以收起双臂时系统转速会增大。

反之亦然! 【应用实例】
冰上舞蹈演员在做旋转动作时,当他们收起双臂时,旋转速度就越来越大,似乎能旋转起一阵风来,真是惊艳四场。

图2-1 茹可夫斯基凳。

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茹科夫斯基转椅演示角动量守恒
【实验目的】:
定性观察合外力矩为零的条件下,物体系统的角动量守恒;
角动量守恒的物体系统的转动惯量变大时,角速度会变小,反之亦然。

【实验原理】:
绕定轴转动的刚体,当对转轴的合外力矩为零时,刚体对转轴的角动量守恒,即Jw=恒量。

刚体的转动惯量J一般为常量,Jw不变导致w 不变,即刚体在不受合外力矩时将维持匀角速转动.但若转动物体是一种可变形固体,并改变它对转轴的转动惯量,则物体的角速度就会产生相应的变化:当J增大时w就减小,J减小时w就增大,从而保持乘积Jw 不变。

茹可夫斯基凳实验中,因为人的双臂并不产生对转轴的外力矩,忽略转轴的摩擦,系统的角动量应保持守恒,人和凳的转速随着人手臂的伸缩而改变。

【实验步骤】:
1.操作者坐在凳上系好安全带,手持哑铃,两臂平伸。

2.其他人推动转椅,使转椅转动起来,然后操作者收缩双臂
【实验现象】
可看到在收缩手臂时操作者和凳的转速显著增大,两臂再度平伸,转速又减慢。

【实验感想】:
通过茹科夫斯基转椅我们可以定性的观察合外力矩为零的条件下,物体系统的角动量守恒;而角动量守恒在20世纪已成为继动量和能量之外的力学中的重要概念之一。

角动量守恒定律在经典物理学、运动生物学、航空航天技术等领域中的应用非常广泛。

通过角动量守恒,我们能够解决很多问题,比如行星围绕恒星的转速问题,比如质点或质点系绕某一定点或轴线运动的情况,再比如日常生活中更常见的走路甩手问题,也是由于身体为了保持角动量守恒导致的。

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