Zakon održanja momenta impulsa

Moment impulsa je veličina koja karakteriše rotaciono kretanje, kako je već rečeno u lekciji dinamika rotacionog kretanja.

$$ \vec{L} =I\cdot \vec{\omega } $$

U izolovanim sistemima, ukupni moment impulsa ne menja vrednost tokom vremena. Pojedinačni elementi sistema mogu menjati moment imulsa, ali samo na način koji obezbeđuje da ukupna vrednost momenta impulsa ostane nepromenjena.

Brojni su primeri iz sveta koji nas okružuje, koji svedoče o zakonu odražanja momenta impulsa.

Čigra

Čigra (ili žiroskop) ne menja orijentaciju ose rotacije dok se okreće, jer bi to značilo da je bez spoljašnjeg uzroka došlo do promene momenta impulsa, što je ovim zakonom zabranjeno.  

Čigra – Žiroskop

Dužina dana na zemlji se ne menja milionima i milijardama godina, jer bi promena trajanja dana značila da je zemlja ubrzala (ili usporila) rotaciju, što zakon održanja momenta impulsa zabranjuje.

Brzina rotacije Zemlje se menjala, od trenutka nastanka Meseca. Mesec je nastao nakon sudara pra-Zemlje i asteroida, čija se veličina može porediti sa veličinom Marsa. Nakon nastanka Mesec se nalazio znatno bliže Zemlji, što je dovelo do nastanka ogromnog plimnog talasa na Zemlji. Brzina rotacije Zemlje je tada bila četiri puta veća od brzine rotacije danas. Pošto je Mesec oko Zemlje obilazio znatno sporije, plimni talas je “žurio” u odnosu na poziciju Meseca. Posledica ovakve razlike u rotaciji Zemlje i revoluciji Meseca je dovela do postupnog usporavanja rotacije Zemlje (Mesec je koči svojom gravitacijom, pri sporijem obrtanju) i istovremenog udaljavanja Meseca od Zemlje (Zemlja ubrzava okretanje Meseca, a samim tim i povećava poluprečnik orbite). Ova činjenica je dokazana postavljanjem ogledala na Mesec (1969) i praćenjem udaljenosti Meseca od Zemlje, koja se povećava iz godine u godinu. Ukupni moment impulsa sitema Mesec-Zemlja ostaje nepromenjen tokom vremena.

Najveći problem za fiziku je bila davno poznata činjenica da se mačka koja pada uvek dočeka na noge. Pošto na početku pada mačka ima moment impusa jednak nuli (ne okreće se) bilo je enigma kako se mačka okrene u letu, a da ne naruši zakon održanja momenta impulsa. Tajna je u fleksibilnosti mačije kičme, koja omogućuje mački da centar sopstvene mase (stomak) izbaci tako da se efektivno centar mase okreće u suprotnom smeru od smera rotiranja prednjih i zadnjih nogu. Na tajnačin ukupni moment impulsa ostane nepromenjen, a mačka se okrene za 180 stepeni.

Mačka u padu

Demonstracija odupiranja promeni momenta impulsa tokom rotacije: