花样滑冰与角动量守恒

花样滑冰是一项集优雅，舞姿以及体育技巧于一体的极具观赏性体育项目，选手往往在优美的音乐和高度的滑行中做个各种高难度的动作。

花样滑冰里最有趣的物理现象是：运动员原地旋转时，双手展开时转速不快，但将手收近身体时旋转速度会越来越快。这是为什么？

这里面涉及到的物理概念有：角速度、角动量、角动量守恒。

知识点1 角速度

角速度是圆周运动中质点在Δt时间内转过的角为Δ θ，即为描述物体绕圆心转动的快慢的物理量，用符号ω表示。

知识点2 角动量

角动量是指质点动量p对O点之动量矩（通常称为角动量），简记为L。当刚体绕定轴转动时，其角动量等于：

其中的J为刚体绕轴的转动惯量，有时也用I表示。这里需要强调的是，虽然不同形状的刚体的转动惯量计算方法不同，但从下表能看出，转动惯量与旋转半径 r 有关，r 变大时，转动惯量也变大。

注：角动量知识点是大学才学到的。

知识点3 角动量守恒

如果物体所受合外力矩等于零，或者不受外力矩作用，物体的角动量保持不变，这个结论叫做角动量守恒。

用以上原理， 咱们来解释花滑旋转模型：在光滑的冰面上旋转起来时，若忽略摩擦力、空气阻力，那么初始的角动量视为固定值，初始手臂伸展转动惯量I。在身体收紧时，就是将旋转半径r变小的过程，即转动惯量变小，根据角动量守恒，角速度自然就变大，所以就转的越来越快啦！

这个神奇的原理，不懂滑冰的人也可以体验一下：一个人坐在能绕轴转动的凳子（转台）上，手握哑铃或其他重物，开始时平举双臂，使人和凳子一起以某固定角速度转动起来。然后人迅速收缩双臂，这时你会发现人转的更快了！

张开双臂，转得慢;缩回双臂，转得快。

在失重环境中转动没有摩擦力影响，这个实验更加容易成功，这可能是世界上最标准的角动量守恒实验了，好羡慕哦。