偏心轮电机系统的角动量不守恒.PDF

大统一 （232 ） 理论探索 偏心轮电机系统的角动量不守恒 （2 ） 偏心轮电机系统的角动量不守恒 （3 ） 偏心轮电机实验、验证角动量不守恒 偏心轮电机系统的角动量不守恒 （2 ） 原创作者 马天平 （地址 新郑市） (2015-02-13) 一、 假设在三维的自由空间，有一个偏心轮电机系统，定子质量均匀 （可以包括电源系统）、转 子是偏心轮，从初始的静止状态 （系统角动量合计为零、系统动量合计为零），开始产生电磁作 用。 那么，系统的角动量守恒吗？ 分析 1： 如图 1 （偏心轮电机内力、内力矩示意图），偏心轮电机系统产生的内力，（某时刻）使偏 心轮转子受到 F 1≠0，使定子受到力 F2 。 F2 是定子受到偏心轮转子的反作用力。 如图 1 （偏心轮电机内力、内力矩示意图），F1 与系统质心 P 点的位置矢量为 r1 ，F2 与系统质 心 P 点的位置矢量为 r2 。 根据牛顿第三定律，作用力与反作用力大小相等、方向相反。 因此，F2= -F1 。 偏心轮转子对于质心 P 点的力矩 M1 为 M1 r 1×F1 定子对于质心 P 点的力矩 M2 为 M2 r2×F2 （其中，对于质心 P 点，力矩 M1 和 M1 的方向相同）。 M1 + M2 ≠0 所以，在三维的自由空间，电磁作用过程中，相对于系统质心 P 点，系统内部的力矩矢量和不 等于零，违反 （质点系的）角动量守恒定律。 所以，在三维的自由空间，偏心轮电机系统，从静止状态开始发生电磁作用的过程中，相对于 系统质心 P 点， 系统的角动量不守恒。 分析 2 ： 偏心轮电机系统的内力，使定子和偏心轮转子分别 自转，其中，偏心轮转子绕电机主轴自 转的动量不为零。 根据角动量守恒定律，如果偏心轮电机系统的自转轴 （电机主轴）位置不变，定子和偏心 轮转子分别绕自转轴反向自转，则系统的角动量守恒。 但是，偏心轮转子绕电机主轴自转的动量不为零，就会违反动量守恒定律。 所以，角动量守恒定律和动量守恒定律，在偏心轮电机系统中不能同时成立。 在偏心轮电机系统中，角动量守恒定律和动量守恒定律相互矛盾。 根据质点系的动量守恒定律、根据质点系的运动定理，初始静止的偏心轮电机系统的质心， 将始终保持静止，才能使系统的动量守恒。 所以，如图 2 （定子和偏心转子的公转示意图），定子和偏心轮就会绕系统的质心转动，才 能使系统的质心静止、才能使系统的动量守恒。 其中，如果定子和偏心轮共同绕系统质心转动 （并且遵守动量守恒定律），则，就会使 ω1 和 ω2 的方向相同，就会使定子和偏心轮相对于系统质心 P 点的角动量 （的矢量和）不为零， 因此，就会违反 （质点系的）角动量守恒定律。 所以，偏心轮电机系统，从静止状态开始发生电磁作用的过程中，系统的角动量不守恒。 在偏心轮电机系统中，角动量守恒定律和动量守恒定律相互矛盾。 如图 2 （定子和偏心转子的公转示意图）所示，偏心轮转子 B 绕系统质心 P 点的角速度为 ω1，定子 A 绕系统的质心 P 点的角速度为ω2 ，ω1 和ω2 的方向相同。 二、 相似道理，在三维的自由空间，共轴的两个静止飞轮 （或者圆盘、转盘），其中一个质量均 匀对称、其中一个是偏心轮，一个人坐在其中一个飞轮上使两个飞轮相对转动，则产生绕轴的 自转和绕系统质心的公转，使系统的角动量不守恒。 三、 角动量不守恒规律： 在三维的自由空间，偏心轮电机系统，从静止状态开始发生电磁作用的过程中，存在自转 和绕系统质心的公转，使系统的角动量不守