轉動運動與角動量
轉動的牛頓第二定律(Newton's second law for rotation)
這是 F = m a 在轉動世界的版本——連結你施加的扭轉與所得回應的主定律。用力扳扳手,螺栓轉得更快;讓物體更易旋轉,同樣的扭轉就產生更大的加速。它與一般牛頓第二定律邏輯相同,只是翻譯成轉動的語言。
精確地說,它指出物體所受的淨力矩等於它的轉動慣量乘以角加速度:tau_net = I alpha。把它與 F_net = m a 對齊,每一項都對應——力矩取代力,轉動慣量取代質量,角加速度取代加速度。所以給定的力矩,會讓轉動慣量小的物體有大的角加速度,讓轉動慣量大的物體只有溫和的角加速度。
你用它算出物體在扭轉下加速或減速旋轉有多快:被懸掛重物帶動的滑輪、煞停的輪子、把磨石加速到轉速的馬達。它更一般、更強大的形式是 tau_net = dL/dt——淨力矩等於角動量的變化率——即使轉動慣量在變,它仍然成立。
16 N m 的淨力矩作用在轉動慣量 I = 0.8 kg m^2 的輪子上。它的角加速度是 alpha = tau / I = 16 / 0.8 = 20 rad/s^2——正是 a = F / m 在轉動裡的直接回聲。
扭得更用力,或降低轉動慣量,加速旋轉就更快。
力矩與轉動慣量必須對同一根軸來量;混用不同軸會得到荒謬結果。真正一般的定律是 tau = dL/dt。
又稱
另見