转动惯量：从轮子到花样滑冰的物理奥秘

转动惯量：从轮子到花样滑冰的物理奥秘

转动惯量是物理学中的一个重要概念，它描述了物体对旋转运动的抵抗程度。从日常生活中的轮子转动，到花样滑冰运动员的完美旋转，再到走钢丝演员手中的长竿，转动惯量无处不在。本文将通过具体实例，深入浅出地解释这个有趣的物理现象。

科学原理

由于两个轮子的起点相同高度相同，两个轮子的质量也相同，从能量守恒看，从高处向低处滚去的过程中势能转化为转动动能也相同。右边的轮子质量集中在中心，左边的轮子质量分布在边缘。两个轮子质量相同的情况下，质量分布越靠近中心，它的转动惯量就越小。在转动动能相同的情况下，角速度和它的转动惯量成反比。右边的轮子比左边的轮子转动惯量小，因此它的转动速度要比左边的轮子快，所以能先到达终点。

拓展知识

花样滑冰运动员们完美旋转的秘诀

依靠改变质量的分布来改变物体的转动速度，也是花样滑冰运动员们完美旋转的秘诀。当运动员想加快旋转速度时，她就会把伸直的双臂尽量靠拢，同时双腿也尽量并拢，此时质量便越集中，转动惯量就会变小，她的转动动能没有变，所以她身体的旋转也就愈快愈灵活。反之，张开手脚的时候质量分布就分散开来，转动惯量变大，身体的旋转也就慢了下来，芭蕾舞演员突然转快了也是这个原因。

走钢丝的演员为什么要拿着一根长竿？

演员在钢丝上走的时候，是通过调整人的重心位置来保持平衡的；当演员手里拿一个长长的木棍时，就能增加整体（人和木棍）的转动惯量，也就是说，当物体的转动半径越大的时候，转动惯量也越大，这就有利与保持原有的平衡状态，即使由于某种原因将要失去平衡，由于转动惯量很大，失去平衡所需的时间也会大大延长，演员就有足够的时间来调整自己的姿势，达到新的平衡。

转动惯量

我们多次提到的转动惯量，可形式地理解为一个物体对于旋转运动的惯性。其实就是刚体绕轴转动时惯性的量度。其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。

关联人物

艾萨克·牛顿：

艾萨克·牛顿（1643年1月4日—1727年3月31日）爵士，英国皇家学会会长，英国著名的物理学家，百科全书式的“全才”。

他在1687年发表的论文《自然定律》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；为太阳中心说提供了强有力的理论支持，并推动了科学革命。

在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理，提出牛顿运动定律 。在光学上，他发明了反射望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。

在数学上，牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究做出了贡献。

在经济学上，牛顿提出金本位制度。