角动量

质点矢径扫过面积速度的大小
角动量(angular momentum[1]),又称动量矩,描述物体转动状态的物理量[2]。角动量是一个赝矢量,定义是位置矢量与动量矢量的叉乘。在合外力矩为零时,角动量是守恒的。
角动量的计算公式是
,其中r是质点相对O点[a]的位矢,角动量L的大小为
(φ为r与p的夹角),方向垂直于位矢r和动量p所组成的平面,指向是由r经小于180°的角转到p的右手螺旋前进的方向[3]。角动量的量纲是ML²T⁻¹,在国际单位制中的单位是kg·m²·s⁻¹。
角动量有方向和大小,在一个孤立系统里,角动量是守恒的。角动量是指物体绕某个轴线旋转时,物体旋转速度与自身到轴线的距离有关。比如,旋转的陀螺、正在转身的花样滑冰运动员,乃至地球绕太阳转动、太阳系和银河系自转,都拥有大小不一的角动量。[4]

发展历史

自从开普勒提出了他的第二行星运动定律,人们就已获知,在相同的时间间隔内,太阳和行星之间的连线扫过的面积是相等[5]牛顿提出了独特的几何证明,进一步证实了太阳引力的吸引力是导致所有开普勒定律的原因。在《原理》一书中,牛顿在讨论第一运动定律的例子时,暗示了角动量的概念。他通过对面积定律的几何证明,间接证明了在受到中心力的情况下,角动量是守恒的[6]