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一名花樣滑冰選手在冰面上翩翩起舞，

其中一個動作是直立旋轉，

隻見她伸開雙臂，

以單腳點地飛速旋轉，

随着雙臂逐漸收回，她轉得越來越快，

當雙臂伸開時，旋轉速度又開始下降了。

為什麼雙臂伸縮會影響花滑選手的轉速呢？一些科普材料把其中原因歸為“轉動慣量”，那麼，到底是不是轉動慣量造成的轉速變化呢？小編接下來就把這件事掰開揉碎說一下。

先來說說轉動慣量是咋回事

大家可能都知道，慣性是有質量物體的固有屬性，它影響到物體是否容易“動起來”或“停下來”。質量越大的物體，要動起來或停下來就越困難。

那麼轉動慣量呢，它影響一個物體是否容易“轉起來”或“停止轉動”，和物體的質量分布有關，對于兩個總質量相同的物體，質量分布越靠外，轉動慣量越大，轉起來或停下來就越難，反過來，質量分布越靠裡，轉動慣量越小，轉起來或停下來越容易。

中國科技館裡有一件關于轉動慣量的展品，它上面有兩個一模一樣的滑道，還有若幹帶配重的滾輪，拿兩個形狀、配重數量都一樣但是配重分布不同的滾輪放在滑道頂端，同時放下，讓它們倆沿滑道滾動，會發現配重靠裡的滾輪比靠外的滾輪滾得更快。

展品“轉動慣量”

乍一看，這不就跟花滑選手的例子一樣嗎？手臂伸開，一部分質量靠外了，轉得就慢；手臂縮起來，這部分質量靠裡了，轉得就快。

且慢，如果這樣理解，就誤解了轉動慣量的效果。請注意，它不是影響物體轉得快不快，而是影響物體是否容易“轉起來”或“停下來”。換句話說，它影響的不是速度，而是加速度。

其實，這件展品和花滑選手有一個很大區别，展品中的滾輪是在重力作用下沿滑道加速滾動的，而花滑選手是沒有借助外力，憑空加速和減速的，所以二者截然不同。

影響花滑選手轉速的真正原因是什麼呢？

答案其實是“角動量守恒”！

可能有的讀者會說，你别逗了，我知道中國科技館有關于角動量守恒的展品，人坐在椅子上，轉動一個橫放的大陀螺，然後把陀螺立起來，人就會跟椅子一起，往陀螺轉動相反的方向轉過去。這跟花滑選手快慢變化有啥關系啊？

展品“角動量守恒——陀螺轉椅”

這屬于隻知其一，不知其二。角動量是一個重要的物理量，它是矢量，也就是說，它既有大小也有方向，上面提到的那件展品，展示的是角動量的方向守恒，沒提大小的事。而花滑選手旋轉的例子，要用角動量大小方面的守恒來解釋。

我們說花滑選手的轉速快慢，說的是她一定時間内轉了多少圈，換句話說，是“角速度”。根據角動量計算公式，一個物體的角動量不變時，它的角速度和半徑的平方是成反比的。選手的手臂伸開，半徑大了，角速度就要下降。反過來，手臂縮回去，半徑變小，角速度就跟着上升了。

感興趣的讀者，可以請朋友幫忙做這樣一個實驗：坐在一個可以靈活轉動的椅子上，手持兩個啞鈴，請朋友幫忙把椅子轉起來，看是不是握着啞鈴伸開胳膊時轉得慢，收起胳膊時轉得快。不過實驗時一定要注意安全啊。

中國科學技術館展覽教育中心 李博供稿

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