MOMENTO
ANGOLARE Il concetto di momento angolare,
così come quello di impulso, fa parte ormai dei concetti innati
che ci appartengono.
Per chiarirlo meglio, prendiamo un tuffatore che si lancia
da un trampolino molto alto. Durante il tuffo comincia a ruotare, non appena si abbraccia
le gambe la sua velocità di rotazione aumenta, per poi ridursi nuovamente quando, prima
di incontrare lacqua, si distende.
La stessa cosa accade ad una pattinatrice che, cominciando le piroette a braccia larghe,
le ritira lungo il corpo per aumentare la propria velocità di rotazione.
Questi due esempi ci permettono di introdurre il concetto di momento angolare,
legato alla rotazione di un corpo intorno ad un asse e per il quale vale una legge di
conservazione analoga a quella dellenergia e della quantità di moto.
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Vediamo di capire meglio che cosa sia il
momento angolare con un esempio più semplice del tuffatore, anche se meno noto: il
manubrio.
Questo oggetto è composto da due sbarre poco pesanti unite insieme a forma di croce;
lungo i due bracci di una sbarra ci sono due palle molto pesanti poste simmetricamente
rispetto allaltra sbarra. Il manubrio può ruotare liberamente intorno alla sbarra
su cui non abbiamo fissato le sfere (asse di rotazione). |
Diamo ora una spinta al manubrio per farlo cominciare a girare, così le nostre sfere
cominceranno a ruotare con velocità di rotazione (o angolare) .
Se durante la rotazione attacchiamo altre due palle, una per lato (ad esempio con una
calamita per non esercitare forze sul sistema), notiamo che il
valore di si dimezza. Se invece aumentiamo
la distanza delle palle dallasse, ad esempio, del doppio, allora la velocità
angolare si riduce ad 1/4 del suo valore.
Abbiamo così imparato che conservando il momento
angolare, cioè non applicando forze esterne sul nostro manubrio, raddoppiando la massa
(il numero di palline perchè le sbarre sono molto leggere) si dimezza , mentre raddoppiando la distanza delle palline
dallasse, si riduce ad 1/4 del suo
valore iniziale. Eseguendo una serie di misure cambiando le masse e le distanze
dallasse si scopre che la quantità che non cambia mai è: (2 perché ho due masse m uguali, d è la distanza
dallasse).
Nel caso del tuffatore e della pattinatrice le cose non sono così semplici perchè la
massa è distribuita lungo tutto il corpo, e non agli estremi come nellesempio, ma
tralasciamo queste complicazioni.
Come per l'impulso, si ha la conservazione del momento angolare in tutti i processi
in cui non intervengono forze esterne sul sistema (a meno che non siano applicate
sullasse).
Notiamo che è un vettore in quanto la velocità angolare è riferita ad un asse
orientato nello spazio lungo una direzione non definita a priori. |