En la física, el ímpetu angular de un objeto que gira sobre un cierto punto de referencia es la medida del grado a el cual el objeto continuará girando sobre ese punto a menos que sea actuado sobre por un esfuerzo de torsión externo . Particularmente, si una masa del punto gira sobre un eje, después el ímpetu angular con respecto a un punto en el eje se relaciona con la masa del objeto, de la velocidad y de la distancia de la masa al eje. Mientras que el movimiento asociado a ímpetu linear no tiene ninguÌn capítulo absoluto de la referencia, la rotación asociada a ímpetu angular se habla a veces de como siendo medido concerniente a las estrellas fijas .
El ímpetu angular es importante en la física porque es una cantidad conservada : constante de las estancias del ímpetu angular de un sistema a menos que un esfuerzo de torsión externo actúe en él. El esfuerzo de torsión es la tarifa en en la cual el ímpetu angular se transfiere o del sistema. Cuando un cuerpo rígido gira, su resistencia a un cambio en su movimiento rotatorio se mide por su momento de la inercia . El ímpetu angular es un concepto importante en la física y la ingeniería, con usos numerosos. Por ejemplo, la energía cinética almacenada en un objeto giratorio masivo tal como una rueda volante es proporcional al cuadrado del ímpetu angular. La conservación del ímpetu angular también explica muchos fenómenos en deportes y naturaleza.
El ímpetu angular de una partícula sobre un origen dado se define como: = \ mathbf {r} \ épocas \ mathbf {p} del del l {R} donde la masa total de todas las partículas se da cerca l \ m_i del sum_i \, Sigue que es la velocidad del centro de masa = \ frac {1} {M} \ m_i del sum_i \ _i del l {V} del mathbf {V} \, Si definimos el l \ _i= del mathbf {R} \ mathbf {R} + \ _i del mathbf {r} \, y también l \ m_i del sum_i \ mathbf {r} _i=0 \, de modo que sea el ímpetu angular total = \ sum_i del l {L} (\ mathbf {R} + \ _i del mathbf {r}) \ = \ dejado del m_i de las épocas (\ mathbf {V} + \ _i del mathbf {v}) (\ mathbf {R} \ épocas M \ mathbf {V} \ derecho) + \ (\ _i del sum_i \ del mathbf {r} \ m_i de las épocas \ _i del mathbf {v} \ derecho) El primer término es apenas el ímpetu angular del centro de masa. Es el mismo ímpetu angular uno obtendría si había apenas una partícula del total M que se movía en el V de la velocidad situado en el centro de masa. El segundo término es el ímpetu angular que es el resultado de las partículas que hacen girar sobre su centro de masa. Este segundo término puede ser incluso más futuro simplificado si las partículas forman un cuerpo rígido . Un resultado análogo se obtiene para una distribución continua de la materia. Que muchos usos donde uno se refiere solamente sobre la rotación alrededor de un eje, es suficiente desechen la naturaleza del pseudovector del ímpetu angular, y la trata tiene gusto de un escalar donde está positivo cuando corresponde a las rotaciones a la izquierda, y negativa a la derecha. Para hacer esto, apenas tomar la definición del producto cruzado y desechar el vector de unidad, de modo que se convierta el ímpetu angular: l = |\ mathbf {r}||\ mathbf {p}|\ pecado \ theta_ {r, p} donde &theta del ; el r, p es el ángulo entre el r y el p medido del r a el p ; una distinción importante porque sin ella, la muestra del producto cruzado sería sin setido. Del antedicho, es posible reformular la definición a cualquiera del siguiente: = \ P. del l |\ mathbf {p}||\ _ del mathbf {r} {\ perp}| donde &perp del r ; se llama la distancia del brazo de la palanca a el p . La manera más fácil de conceptuar esto es considerar la distancia del brazo de palanca ser la distancia del origen a la línea a lo largo de la cual el p viaja. Con esta definición, es necesario considerar la dirección del p (señalado a la derecha o a la izquierda) para imaginar la muestra del L. del l |\ mathbf {r}||\ _ del mathbf {p} {\ perp}| donde &perp del p ; es el componente del p que es perpendicular al r . Como arriba, se decide la muestra basó en el sentido de la rotación. Para un objeto con una masa fija que está girando sobre un eje fijo de la simetría, el ímpetu angular se expresa como el producto del momento de la inercia del objeto y de su angular vector de la velocidad: l \ mathbf {L} = I \ mathbf {\ Omega} donde está el momento el En sistema cerrado un ímpetu angular es constante. Esta ley de conservación sigue matemáticamente de la simetría direccional continua del espacio (no hay dirección en espacio diferente de cualquier otra dirección). Ver el teorema de Noether. El derivado del tiempo del ímpetu angular se llama el esfuerzo de torsión : l = \ = \ mathbf {r} \ épocas \ = \ mathbf {r} \ épocas \ mathbf {F} Tan requiriendo el sistema ser " closed" aquí está matemáticamente el equivalente al esfuerzo de torsión externo cero que actúa en el sistema: donde está cualquier esfuerzo de torsión el En órbitas, el ímpetu angular se distribuye entre la vuelta del planeta sí mismo y el ímpetu angular de su órbita: l \ _ del mathbf {L} {\ mathrm {total}} = \ _ del mathbf {L} {\ mathrm {vuelta}} + \ _ del mathbf {L} {\ mathrm {órbita}} Si un planeta se encuentra para girar más lentamente que esperado, después sospechoso de los astrónomos que el planeta es acompañado por un satélite, porque el ímpetu angular total se comparte entre el planeta y su basado en los satélites para para ser conservado. La conservación del ímpetu angular se utiliza extensivamente en analizar qué se llama el movimiento de la fuerza central del . Si la fuerza neta en un cierto cuerpo se dirige siempre hacia un cierto punto fijo, el centro del, después allí no es ninguÌn esfuerzo de torsión en el cuerpo con respecto al centro, y así que el ímpetu angular del cuerpo sobre el centro es constante. El ímpetu angular constante es extremadamente útil al ocuparse de las órbitas de los planetas y de los satélites y también al analizar el Bohr modelo del átomo . La conservación del ímpetu angular explica la aceleración angular de un patinador de hielo mientras que ella le trae los brazos y las piernas cerca del eje de la rotación vertical. Trayendo a la parte de masa de su cuerpo más cercano al eje ella disminuye el momento de inercia de su cuerpo. Porque el ímpetu angular es constante en la ausencia de esfuerzos de torsión externos, la velocidad angular (velocidad rotatoria) del patinador tiene que aumentar. El mismo fenómeno da lugar a la vuelta extremadamente rápida de estrellas compactas (como las estrellas de neutrón de los enanos blancos y los calabozos cuando él se forma fuera de estrellas giratorias mucho más grandes y más lentas (de hecho, disminuyendo el tamaño del objeto 104 mide el tiempo de resultados en aumento de su velocidad angular por el factor 108). La conservación del ímpetu angular en sistema de la Tierra-Luna da lugar a la transferencia del ímpetu angular de la tierra a la luna (debido a la luna de marea del esfuerzo de torsión ejerce de la tierra). Esto alternadamente da lugar en el retraso del índice de la rotación de la tierra (aproximadamente 42 nanosegundos/día), y al aumento gradual del radio de la órbita de la luna (a la tarifa de ~4. En (el vigésimo siglo del último ) la física teórica moderna, el ímpetu angular se describe usar un diverso formalismo. Bajo este formalismo, el ímpetu angular es la carga de Noether de la forma 2 asociada a la invariación rotatoria (consecuentemente, el ímpetu angular no se conserva para los spacetimes curvados generales, a menos que suceda ser asintótico rotatorio invariante). Para un sistema de partículas del punto sin ninguÌn ímpetu angular intrínseco, resulta estar l \ sum_i \ _i {r} \ cuña en negrilla \ {p} _i (Aquí, se utiliza el producto de cuña . En los mecánicos de Quantum, el ímpetu angular es cuantificado -- es decir, no puede variar continuamente, pero solamente en " Quot de los saltos de Quantum ; entre ciertos valores permitidos. El ímpetu angular de una partícula subatómica, debido a su movimiento a través de espacio, es siempre un múltiplo del número entero del Matemáticamente, el ímpetu angular en mecánicos de quántum se define como el ímpetu - no como cantidad pero como un operador en la función de onda : = \ mathbf {r} \ épocas \ mathbf {p} l {L} donde están los operadores el r y el p de la posición y de ímpetu respectivamente. Particularmente, para una sola partícula sin la carga eléctrica y ninguna vuelta, el operador de ímpetu angular puede ser escrito en la base de la posición como l \ =-i del mathbf {L} \ (\ mathbf {r} \ épocas \ nabla) donde está el operador el donde ε ijk es el símbolo (antisimétrico) de Levi-Civita. De esto sigue el Puesto que, sigue, por ejemplo, el considera también: los coeficientes de Clebsch-Gordan Dado un l \ overrightarrow {j} = \ + \ overrightarrow {l_2} el número de Quantum Las funciones propias de Lz son por lo tanto Para una partícula con un S, éste de la vuelta considera solamente la dependencia angular de la localización de la partícula, por ejemplo su órbita en un átomo. Por lo tanto se conoce como ímpetu angular orbital . Sin embargo, cuando uno gira el sistema, uno también cambia la vuelta . Por lo tanto el ímpetu angular, que del total es el generador lleno de rotaciones, es La actuación con J en el En una partícula cargada el del ímpetu consigue una contribución del campo electromagnético, y el cambio del L y del J de los ímpetus angulares por consiguiente. Si el hamiltoniano es invariante bajo rotaciones, como en problemas esférico simétricos, después según el teorema de Noether, conmuta con el ímpetu angular del total. El ímpetu angular total es un Puesto que el ímpetu angular es el generador de rotaciones, sus relaciones de conmutación siguen las relaciones de conmutación de los generadores tridimensional del grupo de la rotación TAN (3) . Esta es la razón por la cual el J satisface siempre estas relaciones de conmutación. En dimensiones del d, el ímpetu angular satisfará las mismas relaciones de conmutación que los generadores del d - dimensional del grupo de la rotación TAN (d) . ASÍ QUE (3) tiene la misma álgebra de mentira (es decir las mismas relaciones de conmutación) que el SU (2) . Generadores SU (2) puede tener valores propios del mitad-número entero, y así que puede m Técnico, esto es porque la cubierta universal de TAN (3) es el isomorfo SU (2), y las representaciones de estes 3ultimo se saben completamente. El palmo del Ji la álgebra de mentira y el J2 es el Casimiro invariante, y puede ser demostrado que si los valores propios del Jz y del J2 son mj y j (j+1) entonces mj y j son ambos múltiplos de número entero de una mitad. j es valores no negativos y de mj de las tomas en medio - j y J. l {p} donde está la carga donde está el potencial el l \ mathbf {r} \ épocas \ dejadas (\ - \ frac {e \ mathbf {A}} {c} del mathbf {p} \) La interacción con los mecánicos de quántum se discute más lejos en el artículo sobre las relaciones de conmutación canónicas .
Eje de la rotación fijo
¡Conservación del momentum< angular! -- Esta sección se liga de la ley de conservación -->
Ímpetu angular en mecánicos relativistas
Ímpetu angular en mecánicos de quántum
Definición básica
La definición clásica del ímpetu angular como = \ mathbf {r} \ épocas \ mathbf {p}
hbar de
de Adición de ímpetus angulares quantized
Ímpetu angular como generador de rotaciones
Si el Relación a los armónicos esféricos
Los operadores de ímpetu angular ocurren generalmente al solucionar un problema con la simetría esférica en los coordenadas esféricos . Entonces, el ímpetu angular en la representación del espacio es:
| l, m \ sonó = {\ hbar} ^2 l (l+1) | l, m \ sonó el
de
| l, m \ sonó = Y_ {l, m} (\, \ phi de la theta) Ímpetu angular en electrodinámica
Al describir el movimiento de una partícula cargada en presencia de un campo electromagnético, el " momentum" cinético; el p no es el calibrador invariante. Por consiguiente, el
Ver también
momento la inercia
Acoplador del ímpetu angular
Velocidad regional
Giroscopio del momento del control
Energía rotatoria
Rotor rígido
Yrast
Teorema de Noether Random links: Helen | New York Post | Alfred J. Lotka | Estación de metro de Loughton | Pipit longirrostro