Thi nghiem Vat ly

Thí nghiệm về định luật bảo toàn động lượng Ghế Giucốpxky

(Nhấn chuột vào hình người bên phải để điều khiển nâng tay và hạ tay, rồi quan sát tốc độ quay trong mỗi trường hợp)

1. Định luật bảo toàn mômen động lượng:
Xét một hệ chất điểm quay quanh một trục cố định D. Giả sử hệ chất điểm đó không chịu tác dụng của các ngoại lực (hệ chất điểm cô lập) hoặc có chịu tác dụng các ngoại lực nhưng tổng mômen các ngoại lực ấy đối với trục quay D bằng không, theo định lý mômen động lượng, ta có:

với L_D là mômen động lượng của hệ đối với trục D, m_D(F) là mômen của ngoại lực tác dụng lên hệ. Từ công thức trên suy ra: L_D = const
Như vậy mômen động lượng của hệ luôn được bảo toàn.

2. Thí nghiệm về ghế Giucốpxky:
Các thí nghiệm về ghế Giucốpxky được sử dụng để chứng minh định luật bảo toàn mômen động lượng. Ghế Giucốpxky là một cái ghế mà mặt của nó có thể quay tròn xung quanh một trục cố định thẳng đứng.
Một người đứng thẳng trên ghế Giucốpxky đang quay, hai tay cầm hai quả tạ, khi người đó dang hai tay ra để cho khoảng cách giữa hai quả tạ lớn thì hệ (tức là người, ghế và hai quả tạ) quay chậm, còn khi hạ hai tay xuống để khoảng cách giữa hai quả tạ nhỏ lại thì tốc độ quay của hệ nhanh hẳn lên.
Ta có thể giải thích hiện tượng này bằng cách áp dụng định luật bảo toàn mômen động lượng.
Vì tổng các mômen ngoại lực tác dụng lên người và ghế đang quay bằng 0, do đó mômen động lượng của hệ được bảo toàn, ta có công thức:

L = I.w = const với I là mômen quán tính của hệ, w là vận tốc góc. Nếu vì một lý do nào đó, mômen quán tính I của hệ tăng thì w giảm, hệ quay chậm lại; ngược lại nếu I giảm thì w tăng, hệ quay nhanh lên.
Ta đã biết mômen quán tính của một vật tỷ lệ thuận với bình phương khoảng cách giữa nó và trục (theo công thức I=mR²). Như vậy, khi dang tay đưa hai quả tạ ra xa thì mômen quán tính của chúng tăng làm cho mômen quán tính của cả hệ cũng tăng và hệ quay chậm đi. Còn khi co hai tay lại, mômen quán tính của hai quả tạ giảm làm cho mômen quán tính của hệ giảm do đó hệ quay nhanh.