核心概念
动量
惯性
加速度
引言
你有没有想过为什么花样滑冰运动员能够像陀螺一样快速旋转？在许多情况下，他们无需借助任何外力，只需将手臂收拢就能增加旋转速度。这是怎么回事？为了找出答案，我们将模仿花样滑冰运动员使用的基本技巧，并学习一些来自经典力学的简单原理，来彻底弄清楚它是如何运作的。别担心——不需要特殊的协调或技巧！你只需要一把结实的转椅和一对轻型哑铃或厚重的书。
背景
任何物理物体都会抵抗其运动的变化，包括方向的变化。艾萨克·牛顿在他的第一运动定律中描述了这种行为：物体的趋势是保持静止或以恒定速度沿直线运动，除非受到外力的作用。这种抵抗运动变化的趋势称为惯性，较重（质量较大）的物体更难以改变运动状态，因为物体的质量越大，其惯性就越大。
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这样想：在以每小时 20 英里的速度行驶时，哪一个更难阻止——火车还是弹珠？抓住弹珠可能相对容易，但由于惯性的作用，如果您试图抓住一辆行驶中的火车，那辆火车会直接把你拉走。那辆火车更难阻止，因为它具有比弹珠大得多的动量，即使它们的速度相同。这是因为动量取决于速度和质量（惯性）。在进行以下实验时请记住这一点，并注意动量不会消失，它必须转移到某个地方！
材料
● 转椅（办公室、书桌或任何其他可自由旋转的转椅都可以。）
● 一对轻型哑铃或厚重的书
准备工作
● 将您的转椅放置在房间的中央。（确保您有足够的空间在伸展手臂的情况下旋转，而不会撞到任何物体或伤害自己！）
● 这个实验最好在铺有地毯的地板上进行。尽量避免在硬木地板上进行，因为我们的目标是确保椅子上的脚轮保持静止——我们只想让椅子的中心柱旋转。
步骤
● 拿起您的哑铃或厚重的书。
● 像平常一样坐在椅子上。
● 每只手握住一个哑铃或一本书，手臂伸直。
● 通过蹬地，朝您感觉更舒服的任何方向开始旋转。您可能需要蹬地几次。尽量让自己在保持手臂伸直的情况下快速（但安全地）旋转。
● 一旦您自由旋转，将您的书或哑铃拉向您的胸部。您的旋转速度发生了什么变化？您认为这是为什么？
● 再次向外伸出您的手臂。这次您的旋转速度发生了什么变化？为什么？ 观察和结果
当您收起重物时，您的旋转速度应该会加快。但是所有运动部件的总动量保持不变。感到困惑了吗？为了理解这是如何实现的，我们需要快速回顾一下动量，并看看我们在旋转过程中改变了什么。
当您开始旋转时，您使整个系统（您的椅子、您的身体和您的重物）获得了特定的动量。让我们先看看重物。像宇宙中所有具有质量的运动物体一样，重物也具有动量，这使得它们想要继续沿直线运动。如果不是您的手臂施加的张力将其拉入圆形路径，它们就会那样做。因此，我们可以认为重物想要以恒定速度继续沿相同的圆形路径运动。假设没有空气阻力和椅子旋转柱产生的摩擦力，它们可以无限期地这样运动。
接下来，您将重物拉向您的躯干。重物减速以匹配您身体的旋转速度有意义吗？没意义！请记住，当您将它们在办公室的椅子上以大的圆形路径旋转时，相对较重的重物在开始旋转时获得了动量。通过将手臂拉向您的躯干，您将重物移动到一个位置，迫使它们以相同的动量沿更短的圆形路径运动。不受阻碍的情况下，它们会在这里更快地绕椅子完成一整圈旋转。（实际上，由于重物的转动惯量与您手臂长度的平方成正比，因此将您手臂的有效长度减少一半应该使重物的旋转速度提高四倍！）但关键是——由于重物实际上是通过您的手臂连接到您的躯干，它们实际上最终会“拉动”您的躯干，导致您在椅子上旋转得更快。
当然，您的身体也不会完全加速以匹配重物的新速度——您的身体的惯性会在一定程度上抵抗这种情况——但关键是这些重物的动量必须转移到某个地方。您的身体获得了一些动量，而哑铃失去了一些——但整个系统（椅子之上）的整体动量保持不变。这就是为什么我们经常将这种现象称为角动量守恒。它也可以反向工作——当您再次伸出您的手臂时，您会减速。这就是冰上滑冰运动员能够平稳地结束旋转的原因！
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