刚体与转动

从「点」到「体」

前几讲我们把物体当成一个有质量的点（质点），够用；但花样滑冰选手的旋转、拧螺丝的扳手，都必须考虑物体的形状和大小——把物体看成不会变形的「刚体」，转动的学问就开始了。

力矩：拧的不是力，是「力 × 距离」

开门时你推门把手，没人去推门轴旁边——因为转动效果取决于力矩 = 力 × 力臂（力到转轴的垂直距离）。同样的力，作用点离轴越远，越省力。扳手做成长柄、方向盘做成大圆盘，都是这个原理。

转动惯量与角动量守恒

转动版的质量叫转动惯量：质量分布离轴越远，转动惯量越大，越难加速转动。转动版的动量叫角动量，它同样守恒。花样滑冰选手最精彩的「收手加速」：旋转中把手臂和一条腿收向身体，转动惯量骤减，角速度立刻飙升——由于角动量 = 转动惯量 × 角速度保持不变，一个量缩小，另一个必然放大，最高转速可达每秒五六圈。

陀螺与走钢丝

高速旋转的陀螺仪角动量方向极难改变，所以自行车骑起来才不倒、飞船靠陀螺仪定向。走钢丝演员手里的长杆，则是把系统的转动惯量拉大，晃得慢、来得及调整。

练一练：坐在转椅上手持两本重书、双臂平伸，让同学转你；然后收臂抱书，感受转速变化。