这次北京冬奥会，“俄罗斯三娃”和羽生结弦都来了。作为极具观赏性的运动，花样滑冰备受关注。它美妙而又惊险，它跳跃并且旋转。在欣赏比赛时，当看到花样滑冰运动员张开双臂开始旋转，不妨趁机让孩子们了解一下其中包含着的物理定律：角动量守恒。这也是前不久的“天宫课堂”上航天员老师为观众们留下的“家庭作业”。

　　角动量守恒定律

　　简单地说，角动量守恒是指一个转动的物体在没有外力矩的时候，转动惯量和角速度的乘积是不变的。看，哪怕是“简单地说”，这些艰涩的物理概念仍然挺让人头疼。那么，请允许我们把这个概念拆开来试一试，比如：角动量、守恒。

　　其中，角动量可以理解为描述物体转动的物理量。注意，这里面提到了“转动”。物体移动的同时，面朝一个方向不旋转叫平动，转圈产生角度就是转动。根据牛顿第二定律，力是改变物体动量的原因。而力乘以力臂叫“力矩”，所以动量乘以动量臂，就叫“动量矩（即角动量）”，因此角动量是一个用来描述转动的概念。守恒则是指在自然界中某种物理量的值恒定不变的规律，意思是不管是什么东西，不论发生什么事，它的量都不会变。

　　那么，物体转圈产生的角动量在什么情况下会保持不变呢？答案就在开始的那一句中：在没有外力矩的时候。

　　角动量守恒现象

　　我国的天宫空间站里，航天员处于微重力的环境中，在不接触空间站的情况下，类似于理想状态下的“没有外力矩”，物体就会处于角动量守恒。

　　具体表现为，当航天员尝试悬空转身时，当上半身转向左边，下半身就会同时转向右边；当上半身转向右边，下半身又会同时转向左边。即根据角动量守恒定律，当一个人上半身转动产生角动量时，下半身就必然会向相反方向转动，以使转动产生的角动量总量不变。但这样转动没法“转身”，于是航天员换了一种转动方式，以右手画圈产生了一个旋转的角动量，同样由于角动量守恒，身体产生了一个反向的角动量，导致身体朝着画圈方向的反方向转动成功。

　　接下来，航天员展示了在空中旋转时张开手臂旋转速度变慢、收拢手臂旋转速度变快的角动量守恒现象，并且留了一道“家庭作业”：观察北京冬奥会上花样滑冰运动员的类似动作。

　　花滑与角动量守恒

　　果然，当羽生结弦在本届冬奥会上挑战高难度的4A动作时，就用到了角动量守恒定律。4A动作要比3A多旋转一周半，必须提高旋转速度才能完成。所以羽生结弦在空中旋转时紧紧收拢了手臂，在角动量守恒定律下，他的旋转速度明显加快了。不仅是花滑运动，谷爱凌在自由式滑雪比赛中腾空翻转时，也是将身体蜷缩起来以获得更高的旋转速度。

　　原理很简单，已知角动量守恒与转动惯量和角速度的乘积有关，公式为L=Jω，其中J为转动惯量，ω（欧米伽）为角速度。在角动量L守恒的原则下，当运动员伸出双臂和腿，质量分布与转轴距离远，转动惯量J变大，所以角速度ω变慢；后来运动员收起双臂和腿，质量分布与转轴近，转动惯量J变小，所以角速度ω就变快了。

　　角动量守恒定律虽然是物理概念，但在日常生活中也常常看得到它的表现。比如，人站在某个可以自由旋转的转台上（如健身器中的扭腰盘），在不扶任何东西模拟“没有外力矩”的情况下，当上半身向左，下半身就会不由自主地向右。

　　（本报综合）