フィギュアスケート選手が急速に回転するときに、なぜ体を縮めなければならないのですか？

子供はダンベルを両手で体の左右に持ち上げて、回転椅子に座ってゆっくりと回っています。突然、両手を体に近づけたとき、回転速度が明らかに上がったことに気づきました。誰も彼を押していなかったのに、自分で腕を体に近づけただけで回転速度が変わったのです。まずはドアの開閉から説明しましょう。そうすることで、理論が理解しやすくなります。ドアは回転軸を中心に回転しますが、通常、ドアを開けるときの力は回転軸と垂直です。試してみてください。ドアノブに下に力をかけたり、力の方向を回転軸に向けたりしても、ドアは回りません。ドアを開けるという簡単な事実には、多くの力学の原則が含まれています。少なくとも、力が回転軸と平行、または回転軸に向かっていれば、ドアの回転に影響を与えないという結論に達することができます。もちろん、ドア以外の物体でも同じことが言えます。上記の子供の回転問題では、彼が受けた外部からの力は重力と地面から椅子への支持力のみで、これらの力はすべて回転軸と平行です。前述の結論から、これらの力は回転に影響を与えないことになります。つまり、子供が回転を開始したときの回転量が変わらずに終わるはずです。しかし、子供が腕を近づけた前後で回転速度が明らかに変わったのです。では、回転過程で「システムの回転」を表す一定の量は何でしょうか？まず、子供の回転問題で関係する物理量の変化を分析しましょう。子供が腕を近づけた前後で、哑铃の質量は変わりませんが、回転軸までの距離が短くなったため、システム全体の回転が速くなりました。そして、前述の分析では、変わらない量が存在することがわかりました。自然、私たちは考えます：回転速度と距離が変化するのではないでしょうか？それでは、それらの和は変わらないのでしょうか？不可能です！なぜなら、これら2つの量の単位が異なり、加算できないからです。では、「回転速度と距離の積」は変わらないのでしょうか？もしあなたがこのように考えるなら、おめでとうございます、あなたは正解です！あなたが推測した結論は、実際には物理学の「角運動量保存法則」であり、力学では「運動量矩保存法則」と呼ばれています。上記の結論から、フィギュアスケート選手が素早く回転するときに腕を近づける理由がわかりやすくなります。選手はまず腕を広げてゆっくりと回転を開始し、氷上の摩擦力は小さく、回転速度にほとんど影響を与えません。重力と支持力は回転軸と平行で、システムの回転にも影響を与えません。「回転速度と距離の積」が変わらない「角運動量保存法則」に基づいて、腕を近づけることは、回転軸までの距離を短くすることを意味し、当然回転速度が上がります。