角動量守恆原理

角動量守恆原理 (conservation of angular momentum) 是物理學的其中一條基本原理。

簡單講,角動量守恆的意思就是越重或者越闊的東西其轉動速度就越小。再簡單一點,即是慣性定律的轉動版本。數學上,角動量守恆原理代表各向同性對稱 (symmetry of isotropy),意即物理定律在宇宙中所有方向都是一樣的。

日常接觸到角動量守恆原理的例子很多,例如看奧運時的跳水或花式溜冰,我們會看見選手把原本向外伸的四肢向內收起時,他們的自轉速度便會加快。如果大家在辦公室有能夠自轉的椅子,在不被上司看見的情況下,可以試試把手腳盡量向外伸展然後自轉,再把四肢向內縮。

而相反的過程就是在轉動時把四肢盡量向外伸,就能夠減速。例如花式溜冰選手完成自轉動作時手腳向外伸展就會減速;跳水選手在完成高難度動作後,在入水前會伸展四肢以停止轉動,保持垂直角度入水,叫做壓水花。

足球員在比賽時,有時會故意假扮被對手侵犯跌倒,由於動作與跳水運動相似,稱為插水。插水是犯規的,因為可能會令球證誤判對手犯規,影響公正。被球證發現插水的話,一般會被判罰黃牌,視作不君子行為。

以下影片是太空人 Mike Fossum 在國際太空站示範角動量守恆原理:

為了針對球員日益嚴重的插水問題,研究人體力學的運動科學家會為球證提供意見。例如,真正被對手侵犯跌倒的球員,本能反應會把手向前伸,因為能夠減低轉速之餘又可以保護身體。所以如果球員跌倒時沒有此動作,然後「自然地」滾動十萬八千里再做出誇張的痛苦表情,就極有可能是插水了。

其他一些插水的證據也包括未被對手碰到就跌、被對手碰到卻能夠跑進禁區才跌 (搏十二碼)、或者被碰到後沒有開始轉動而跌、被鏟不跌反跳等等,就算其動作沒有違反物理,也是違反常識的。

順帶一提,不單止在日常生活中可以看見角動量守恆原理,小至量子力學、化學反應、大至行星自轉公轉銀河自轉等等,都是因為有角動量守恆原理。

一點題外話。本人踢波十幾年經驗,如果腳傷到不能站立的程度,大多都痛得不可能再花氣力彎曲身體再抱著腳 (都這麼痛了,很難不放鬆肌肉反而用力碰傷口)。

所以,根據角動量守恆原理,被人踢跌是不會原地垂直跌倒和第一時間手抱腳的。我相信一個誠實、正常、正直的醫生或教授,都會告訴你上述差不多的事實。

利申:港大,完。

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