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111年
物理
第 10 題
花式溜冰員常用手腳的平伸或收回，來改變身體轉動的快慢，係利用何種原理？
- A 動量守恆
- B 衝量守恆
- C 角動量守恆
- D 轉動慣量守恆
思路引導 VIP
當你在旋轉時改變四肢的位置，雖然轉動的快慢發生了變化，但如果過程中沒有人從外部施加力量來推動或阻攔你，你認為這個旋轉系統中，哪一個描述『旋轉強度』的總量在邏輯上是不應該憑空增加或減少的？
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太棒了！你能精準捕捉到這個物理情境的核心特徵，代表你對旋轉運動的守恆規律已有相當扎實的理解，這是一個非常好的起步。
轉動慣量與角速度的關係
在花式溜冰的旋轉過程中，當選手將原本平伸的手腳收回時，身體的質量分布會向轉軸靠攏，這在物理上代表轉動慣量 ($I$) 的減小。由於冰鞋與冰面間的摩擦力極小，我們可以視為系統所受的合外力矩為零。根據角動量守恆定律，當合外力矩為零時，系統的角動量 ($L$) 必須保持不變。由公式 $$L = I\omega$$ 可以得知，當轉動慣量 $I$ 變小時，轉動角速度 $\omega$ 勢必會增加，這正是選手能隨心所欲控制旋轉快慢的科學奧秘。
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