
先说结论:类似于质量是物体惯性的表征,转动惯量也是物体惯性的另一种表征。只是,质量大的物体,抵抗平动加速度的能力强(也就是“平动惯量”大),而转动惯量大的物体,抵抗转动角加速度的能力强。
对比下牛顿第二定律 ,和刚体定轴转动的角动量定理 (当然,这个实际上是由角动量的 轴分量得到的,因为角动量和角速度可以不平行,比如上图的斜杆,它的角动量是垂直于杆的),两者看起来十分相似。
也就是说,转动惯量和质量,在某种意义上具有相似的地位——只是一个对应平动,另一个对应转动。
同样,转动也符合“牛顿第一定律”——如果你小时候玩过陀螺,你或许记得,在陀螺旋转的时候,是桌面的阻力让它停止旋转的。如果桌面完全光滑,这个陀螺就会无休止的、匀速的旋转下去......这就是转动的“牛顿第一定律”。这也体现了“质量”和“转动惯量”的一致性。
类比于不受外力系统的动量守恒 ,不受外力矩系统也满足角动量守恒 。在碰撞问题中,我们已经能够感受到动量守恒;而由于在单体问题上,转动惯量 具有更大的可变性,我们还可以借助转动惯量的变化,来理解角动量守恒。
例如,大家如果细心观察过花样滑冰比赛的话,你可以发现一个细节:运动员们把双手张开的时候,旋转就会慢下来;把双手收回去的时候,旋转又会快起来。
之所以是这样,也是因为角动量守恒:双手张开的时候,转动惯量 更大;反之则更小。
通过这几个例子,我们能发现,转动惯量能反映物体转动的“惯性”。因此,叫它“转动惯量”,是有它的字面意义在里面的。
