用平球玩具进行视频分析的角动量守恒

Q4 Social Sciences
C. Perez, Á. L. D. Oliveira, V. D. Jesus, D. Sasaki
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摘要

摘要粒子系统的角动量及其划分为轨道项和自旋项的问题,在本科力学入门课程中通常是次要的,甚至是缺失的。此外,在没有外部力矩的情况下,系统角动量守恒往往是违反直觉的。这项工作使用了一个叫做平球的玩具,它有一个圆盘状的形状,在二维碰撞的背景下。两个相同的平球以相反的方向旋转并在一个摩擦可以忽略不计的表面上碰撞。该实验具有很大的教学潜力,因为它提供了系统的线性和角动量的定性和定量分析,以及它们的守恒,使用视频分析技术。实验的惊人结果有可能引起学生的好奇心,并为解决系统在碰撞前后的轨道角动量和自旋模块的转变开辟了道路。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
Conservação do momento angular por videoanálise utilizando o brinquedo flat balls
Resumo O momento angular de um sistema de partículas e a sua divisão em um termo orbital e um termo de spin é um assunto normalmente relegado a segundo plano, ou mesmo ausente, nas disciplinas introdutórias de mecânica dos cursos de graduação. Além disso, a conservação do momento angular de um sistema, na ausência de torques externos, pode ser muitas vezes contraintuitiva. O presente trabalho se utiliza de um brinquedo chamado flat ball, que têm um formato semelhante a discos, no contexto de uma colisão bidimensional. Duas flat balls idênticas são lançadas girando em sentidos opostos e colidem, sobre uma superfície de atrito desprezível. O experimento tem grande potencial pedagógico porque proporciona uma análise qualitativa e quantitativa das grandezas momentos linear e angular do sistema, bem com a sua conservação, empregando a técnica de videoanálise. O resultado surpreendente do experimento tem o potencial de despertar a curiosidade dos estudantes, bem como abre o caminho para abordar a transição dos módulos do momento angular orbital e de spin do sistema, antes e depois da colisão.
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期刊介绍: The Revista Brasileira de Ensino de Física - RBEF - is an open-access journal of the Brazilian Physical Society (SBF) devoted to the improvement of Physics teaching at all academic levels. Through the publication of peer-reviewed, high-quality papers, we aim at promoting Physics and correlated sciences, thus contributing to the scientific education of society. The RBEF accepts papers on theoretical and experimental aspects of Physics, materials and methodology, history and philosophy of sciences, education policies and themes relevant to the physics-teaching and research community.
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