피겨 스케이터들은 빠르게 회전할 때 왜 몸을 들여오는 거지?

한 아이는 哑铃을 손으로 직접 들고 회전의자에 앉아 천천히 회전을 하고 있습니다. 그가 갑자기 손을 몸에 가깝게 접으면, 회전 속도가 분명히 더 빠르게 되는 것을 발견합니다. 아무도 그를 밀지 않았고, 그가 자신의 팔을 되돌리는 것만으로 회전 속도가 바뀐 것입니다. 우리는 문을 여는 것에서 시작해 이 원리를 더 쉽게 이해할 수 있습니다. 문은 회전축 주위에서 회전하며, 일반적으로 우리는 회전축에 수직으로 문을 여는 경우가 대부분입니다. 당신도 시도해 보세요: 만약 문 손잡이에 하향 힘을 가한다면(力，垂直于转动轴), 혹은 그 힘을 회전축 방향으로 가한다면, 문은 회전되지 않을 것입니다. 문을 여는 간단한 사실은 많은 역학 원리를 포함합니다. 우리는 적어도 이러한 결론을 내릴 수 있습니다: 만약 작용력이 회전축과 평행하거나 회전축 방향을 가지고 있다면, 그 작용력은 문의 회전에 영향을 미치지 않습니다. 물론, 문을 다른 물체로 바꾸어도 됩니다. 위에서 언급한 아이의 회전 문제에서, 그가 받는 외부 작용력은 중력과 지면의 의자 지지력만 포함되며, 이들은 모두 회전축과 평행합니다. 우리의 이전 결론에 따르면, 이러한 력들은 회전에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 아이가 팔을 접으면 회전 속도가 분명히 변합니다. 그렇다면, 회전 과정에서 시스템의 회전을 대표하는 변하지 않는 양은 무엇일까요? 먼저, 아이가 팔을 접기 전과 후의 관련 물리량의 변화를 분석해 봅시다. 아이가 팔을 접기 전에, 哑铃의 질량은 변하지 않지만, 회전축과의 거리가 줄어들었기 때문에 시스템의 회전이 더 빠르게 되었습니다. 그리고 이전의 분석에 따르면, 변하지 않는 양이 있다는 것을 쉽게 생각할 수 있습니다: 회전 속도와 거리가 각자 변하고 있지만, 그들의 합은 변하지 않습니다! 그것은 불가능합니다! 왜냐하면 두 양의 단위가 다르기 때문에 더할 수가 없기 때문입니다. 그렇다면, "회전 속도와 거리의 곱"이 변하지 않을 것입니까? 만약 당신이 이렇게 생각한다면, 축하합니다. 당신은 실제로 물리학의 "각운동량 보존법칙", 역학에서는 "모멘트 보존법칙"이라고 불리는 법칙을 추측했습니다. 이러한 결론을 바탕으로, 피겨 스케이터가 빠르게 회전을 할 때 팔을 접는 이유를 이해하기 쉽습니다: 선수는 먼저 팔을 広げ고 천천히 회전을 하며, 얼음의 마찰력은 회전 속도에 거의 영향을 미치지 않으며, 중력과 지지력은 회전축과 평행하기 때문에 시스템의 회전에도 영향을 미치지 않습니다. 각운동량 보존법칙에 따르면, "회전 속도와 거리의 اء", 그리고 그들의 합은 변하지 않습니다. 그러니까, 팔을 접으면 회전 속도가 더 빠르게 되는 것입니다.