각운동량

각운동량은 회전하는 물체의 회전 운동에 관한 물리적 성질을 나타내는 물리량이다. 일반적으로 물체의 각운동량은 선형 운동량의 회전 운동 버전으로 볼 수 있으며, 물체의 질량 분포와 회전 속도에 따라 결정된다. 각운동량은 벡터량으로, 방향은 회전축에 수직하며, 크기는 회전 운동의 강도를 나타낸다.

각운동량을 수식으로 표현하면 다음과 같다. 점 질량 m이 특정 축을 중심으로 반지름 r로 회전하고 있을 때, 이 점 질량이 가지는 각운동량 L은 다음과 같이 정의된다:

L = r × p

여기서 p는 선형 운동량으로 p = mv로 주어지며, v는 점 질량의 선형 속도이다. 그러므로, 각운동량은 다음과 같은 형태로 표현할 수 있다:

L = r × (mv)

각운동량의 단위는 kg·m²/s이며, SI 단위계를 기준으로 한다. 각운동량은 보존량으로, 외부에서 토크가 작용하지 않는 한 닫힌 계에서 각운동량은 항상 일정하게 유지된다. 이 원리는 물리학의 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며, 항공역학, 천체역학, 고체역학 등 여러 분야에서 활용된다.

회전운동을 하는 물체의 경우, 관성모멘트 I를 도입하여 각운동량을 다음과 같은 관계로 표현할 수 있다:

L = Iω

여기서 ω는 각속도이다. 관성모멘트는 물체의 질량 분포와 회전축에 대한 거리에 의존하며, 회전 운동의 특성을 나타내는 중요 요소이다. 따라서 각운동량은 단순히 물체의 회전 속도뿐만 아니라 물체의 질량과 그 질량의 분포에 따라서도 달라진다.