起跳后运动员进入第三个阶段——空中旋转阶段,这时运动员只受重力的作用,当重力通过转轴时,外力矩等于零,所以运动员无法像起跳阶段那样通过外力矩来改变动量矩从而改变角速度。但我们看到运动员起跳后角速度会迅速增大,在腾空的短时间内可以旋转三周或四周,然后落冰时再把角速度降下来实现平稳着地。在没有外力矩的情况下运动员是如何改变角速度的呢?根据动量矩定理(式(3)),当公式的右边即外力矩为零时,动量矩随时间的变化率等于零,也就是说动量矩为常数,这就是动量矩守恒定律。如果$L_{z}$为常数,那么$J_{z}\omega$亦为常数。此时如果想增大或减小角速度$\omega$,其实是可以通过改变转动惯量$J_{z}$来实现的,减小转动惯量角速度就增大,增大转动惯量角速度就减小。转动惯量是描述物体转动惯性大小的物理量,转动惯量越大的物体越难转动,也就是不容易使其角速度发生改变。如图2所示,对于物体中的任何一个质点$i$,假设它的质量为$m_{i}$,到$z$轴的距离为$d_{i}$,那么这个质点对这根轴的转动惯量就等于$m_{i}d_{i}^{2}$。图中物体可以看作是由若干质点组成的质点系,对所有质点对$z$轴的转动惯量求和就得到了整个物体对该轴的转动惯量,可见转动惯量不仅和物体的质量大小有关,还和质量分布以及轴的位置有关,质量分布离轴越远转动惯量也就越大。