教学研究论文
《基地物理》
2013年第1期
生活中的角动量守恒定律
从《黑鹰坠落》说起
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张靓靓，符中秋
(1.新闻与传播学院12级新闻学专业2班，甘肃兰州73000;2.物理科学与技术学院12级物理学专业基地1班，甘肃兰州730000)
要：
角动量是物理学的一个经典概念，而角动量守恒定律作为“宇宙三大定律”之一也具有十分重要的地位。对于很多非物理背景的同学而言，角动量守恒定律似乎十分遥远，其实角动量守恒定律在日常生活中也有很多应用。本文以电影《黑鹰坠落》中美军“黑鹰”直升机被击中尾翼螺旋桨而坠毁的故事作引入，总结一下角动量守恒定律在生活中的实际应用。
关键词：角动量守恒定律；实际应用
1引言
电影《黑鹰坠落》描述了1993年的摩加迪沙战争的情况：美军由三角洲特种部队以及游骑兵特种部队所组合而成的战斗队伍，与索马利摩加迪沙数以千计的武装民兵缠斗。其中“黑鹰”坠落的片段非常著名，堪称经典：在由克里夫顿·威考驾驶的Super61黑鹰UH-60直升机遭到索马里民兵RPG-7火箭的攻击而坠机后，指挥部让由麦可·杜伦所驾驶的Super64去代替Super61,然而武装民兵从地面悄悄接近Super64,用火箭弹击中Super64的尾翼螺旋桨。刚开始，飞行员麦可还告诉指挥部仪表盘指示一切正常，飞机没事，只是有些晃动。指挥部马上又做出指示：降落后进行检查以保障安全，麦可收到指示后想要降落但此时机身晃动加剧，想要再次检查系统是否正常时机身却倾斜起来，接着尾翼螺旋桨脱落，直升机在空中开始急剧旋转起来，完全不受控制。最后，在监视器中，随着飞行员麦可的一声大喊：“我要坠机了！”——“黑鹰”坠落！
在直升机中，尾翼的作用是保持机身稳定。然而，当直升机尾翼被击毁后，机身自旋的方向与机身主螺旋桨旋转的方向相反，这就是角动量守恒定律的表现。角动量守恒定律是一个质点和质点系围绕某点的合力矩等于零的普遍规律。如果一个系统所受到的外力矩为零，那么系统的角动量不变。当直升机在地面时，整个系统的角动量为零，而起飞后由于合力矩近似为零，因此整个系统应该保持角动量守恒(为零)。
这时的情况是：空中直升机的主螺旋桨一直向一个方向转动，为了保持角动量守恒，机身就必须向另一个方向转动(自旋),而尾翼螺旋桨的转动给了机身一个相反方向的力，阻止机身的自旋。然而，当尾翼被击毁时，尾翼给机身的额外阻力消失，为了维持角动量守恒，机身就必须自旋。这时，直升机便不受控制，发生坠机现象自在情理之中了。
类似于“黑鹰”坠落的故事，角动量守恒定律在我们的现实生活中也有广泛的应用。例如，飞机的设计就需要考虑角动量守恒定律。飞机模型之所以设计成双螺旋桨而不是单螺旋桨，是因为单螺旋桨不能防止飞机自旋。这就涉及到了物理学的知识。
总结来说，当直升机尾翼被击毁后，由于角动量守恒定律的作用，机身会发生急剧自旋并最终坠毁。这个现象不仅在飞行器设计中有所体现，也反映了我们在日常生活中许多物理现象的本质。
