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KK，=0=K 三）动量矩定理下面研究质点相对于某一根指定的直线的运动，这根直线称为“轴线”．这时着重的是力矩而不是力．1．力对于轴线的力矩图3－1力F 对轴线AB 的力矩等于力F 在垂直于轴线的平面S 中的投影F ⊥再乘以其与轴线AB 的垂直距离d （一般称之为力臂）．如果力F 本身就在与AB 垂直的平面内，力矩就等于 F 乘以F 与AB 的垂直距离d 。
力F 对轴线AB 的力矩记为AB M ，AB M F =⊥ d （3．15）通常按右手法则来规定力矩的指向，将右手的四指捏成拳状以表示力矩驱使物体转动的趋势，伸直的大拇指的指向即力矩的指向2．对于轴线的动量矩和动量矩定理（1）质点与轴连结．如果质点与轴AB 相连结，则质点必在垂直于AB 的平面内作圆周运动．质点所受外力对AB 轴的力矩为（3．16）mv 是质点的动量，R 是动量与轴AB 间的垂直距离．仿照力矩，我们将 mv 与R 的乘积称为质点对于AB 轴的动量矩（角动量） AB J ，即 AB AB M J = （3. 17） 这就是动量矩定理．（2）转动惯量．将上式中的 AB J 以质点绕轴转动的角速度 ω表示2AB J mR ω= （3. 18）2mR 称为质点对AB 轴的转动惯量，记为I AB ，则动量矩定理（3．17）即AB I ωα= （3．19） 式中 α是质点绕轴转动的角加速度，这与牛顿第二定律 F ma =多么相似！从这类比中还可以看出， I 与 m 相对应， I 反映绕轴转动的惯性，所以称为转动惯量．（3）质点并不与轴连结．图3－2所讨论的质点并不与轴AB 连结，也不一定是绕轴转圈，只是相对于轴来研究质点的运动情况．为了方便，取AB 为直角坐标系的Z 轴．如质点的动量 m v 在 xy 平面内，它相对于z 轴的动量矩为sin z J mvr θ= （3．20） 若动量 m v 不在 xy 平面内，我们可以将它分解为与 xy 平面垂直和与 xy 平面平行的分量，其中与 xy 平面垂直的动量分量对Z 轴的动量矩为零．所以只要考虑在 xy 平面内的动量分量．动量矩的正负和力矩一样，也用右手法则决定，和Z 轴正指向相同者取正值，反之为负值．由牛顿第二定律可以导出一般情况下的动量矩定理 z J （3．21） 这是它的微分形式．注意在一般情况下，此定理不宜表为 M Ia =，除非质点的转动惯量I是常数．一般说来，质点运动时，它与转轴的距离不是常数，所以I 也不是常数．我们还可以考察力矩的时间累积效果，将上式积分一次,得2121t z z z t M dz J J =-⎰ （3．22） 式中 1z J 与 2z J 分别表示质点在时刻 1t 及 2t 的动量矩，力矩对时间的积分称为冲量矩．这就是对z 轴动量矩定理的积分形式，适宜用来研究冲击作用．3．动量矩守恒原理如果质点所受的力对于Z 轴的力矩为零，这时冲量矩自然也为零，由动量矩定理可得出或 1z J = 2z J （3．23）上面两式的意义相同，它们指出如果质点所受的力对Z 轴的力矩为零，则质点对该轴的动量矩守恒．如果质点与轴线连结而绕轴转动，则动量矩守恒原理为2J mvR mR ω===常数 （3．24）式中R 为质点与轴线间的垂直距离， ω为质点绕轴转动的角速度，上式意味着质点绕轴转动的角速度不变．如果质点并非固定连结于轴上，则动量矩守恒原理为 2J m ρϕ==常数 （3．25） 例如在舞蹈或滑冰表演中，演员常绕自身的轴旋转．略去摩擦，他所受的重力对转轴的力矩为零，动量矩守恒．当演员将两手合抱于胸前，旋转就加快起来；演员将两臂伸展出去，旋转就减慢。
