质点动量p对O点之动量矩(通常称为角动量)L(O)(简记为L)为 L=r×p [1]
其中r是质点相对O点的位矢。
角动量大小的量纲[L]=[r][p]=[r][m][v]=[s]2[m][t]-1=L2MT-1, [3]单位有N·m·s,kg·m²/s。 达仔位矢浆乌颂r在单位时间内扫过的面积,称为酷泪腊它的掠面速度耻乎和店元永。 可以证明,柜碑整掠面速度为S'=|r×v|/2. [4]
角动量大小L=|r×p|嘱垫耻=|r×mv|=m|r×v|=2mS'.
角动量守恒定律指出,当合外力矩为零时,角动量守恒,物体与中心点的脚仔连线单位时间扫过的面积不变,在天体运动中表现为开普勒第二定律。 质点的角动量定理
证明:由于L=r×p,故角动量对时间的变化率为== 在上式中,右端第一项的,,因此,矢积×p=0.这样,上式就成为. 式中的r×F是力矩的定义.(力的作用点相对给定点的位矢r与力F的矢积为力对给定点的力矩,以M表示,即M=.) 即质点所受的合外力矩等于它的角动量对时间的变化率.这个结论叫做质点的角动量定理. [5] 不过M是质点系所受的总外力矩,L是质点系的总角动量. [6]
两边积分得质点角动量的积分形式
即,惯性系中,在一段时间内质点对固定点角动量的增量,等于质点所受合力在这段时间内对该点的冲量矩. [7] 质点的角动量守恒定律
L=常量(M=0)
这就是说,如果作用在质点上的外力对某给定点O的力矩(r×F)为零,则质点对O的角动量在运动过程中保持不变,这就叫做质点的角动量守恒定律。 [8]
另:某段时间内若质点所受合力对原点力矩M不为零,但是M的某分量(对某坐标轴力矩)总是零,则该段时间内质点对原点角动量的该分量守恒,或质点对该轴角动量守恒. [9] 在惯性系S系中,取某点为坐标原点O,则质点系对某点总角动量 第i个质点在惯性系S系和质心系S'系(取质心为原点和参考系)两个参考系中位矢和速度的变换关系是 由质心系性质得
整理得
上式右边的两项分别是质心系中质点系的总角动量L'(称为固有角动量或是自转角动量)和惯性系S系中质量集中在质心后质心对O点的角动量Lc,于是有 L=L'+Lc [10]
取某点为坐标原点O,设刚体绕着Oz轴以角速度ω转动,刚体对Oz轴的转动惯量为I. 刚体对O点的角动量L,等于各个质元角动量的矢量和.对于定轴转动,把L沿Oz轴的分量Lz,叫做刚体绕定轴的角动量. [11] 即Lz=Iω.
其中利用了三重矢积的性质式(a×(b×c)=(a·c)b-(a·b)c).r与ω垂直(由于Lz是L沿Oz轴的分量,r是位矢与位矢在Oz轴的分量相减得到的矢量),r·ω=0. [12]