Тема 6. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса

Моментом импульса материальной точки, вращающейся относительно неподвижной оси OO′, называется величина L, равная произведению импульса этой точки на расстояние r от этой точки до оси вращения: .

Момент импульса является векторной величиной. Вектор направлен по оси вращения в соответствии с правилом правого винта.

При вращении твердого тела относительно неподвижной оси отдельные его точки, находящиеся на различном расстоянии от оси вращения, имеют различные скорости . Поэтому для того, чтобы найти момент импульса твердого тела относительно некоторой оси вращения, необходимо разбить это тело на элементарные объемы так, чтобы каждый элементарный объем можно было рассматривать как материальную точку массой , находящуюся на расстоянии от оси вращения и движущаяся со скоростью .

Тогда момент импульса твердого тела L равен суммемоментов импульсавсех n материальных точек массами , на которые разбито это тело:

.

Так как для твердого тела угловая скорость вращения всех материальных точек, на которые разбито это тело, одинакова, то, используя формулу , получим

или в векторной форме: .

Таким образом, момент импульса твердого тела относительно оси вращения равен произведению момента инерции этого тела относительно той же оси вращения на угловую скорость вращения этого тела.

Продифференцировав это уравнение по времени, получим:

, откуда .

То есть

.

Это выражение – еще одна форма (называемая дифференциальной) уравнения динамики вращательного движения твердого тела: скорость изменения момента импульса твердого тела относительно оси вращения равна векторной сумме моментов всех действующих на это тело сил относительно той же оси вращения.

В замкнутой системе векторная сумма моментов внешних сил равна нулю. Тогда и, следовательно, .

Таким образом, момент импульса замкнутой системы сохраняется, что является законом сохранения момента импульса.