Vztrajnostni trenutek. Nekaj podrobnosti o mehaniki togega telesa

Vztrajnostni trenutek. Nekaj podrobnosti o mehaniki togega telesa
Vztrajnostni trenutek. Nekaj podrobnosti o mehaniki togega telesa
Anonim

Eden od osnovnih fizikalnih principov interakcije trdnih teles je zakon vztrajnosti, ki ga je oblikoval veliki Isaac Newton. S tem konceptom se srečujemo skoraj nenehno, saj ima izjemno velik vpliv na vse materialne predmete našega sveta, tudi na ljudi. Po drugi strani je takšna fizična količina, kot je vztrajnostni moment, neločljivo povezana z zgoraj omenjenim zakonom, ki določa moč in trajanje njenega vpliva na trdna telesa.

Vztrajnostni trenutek
Vztrajnostni trenutek

Z vidika mehanike lahko vsak materialni objekt opišemo kot nespremenljiv in jasno strukturiran (idealiziran) sistem točk, med katerimi se medsebojne razdalje ne spreminjajo glede na naravo njihovega gibanja. Ta pristop omogoča natančno izračun vztrajnostnega momenta skoraj vseh trdnih teles s posebnimi formulami. Tu je še en zanimiv odtenekdejstvo, da je vsak kompleks, ki ima najbolj zapleteno pot, gibanje mogoče predstaviti kot niz preprostih premikov v prostoru: rotacijskih in translacijskih. To tudi fizikom precej olajša življenje pri izračunu te fizične količine.

Vztrajnostni moment obroča
Vztrajnostni moment obroča

Da bi razumeli, kaj je vztrajnostni moment in kakšen je njegov vpliv na svet okoli nas, je najlažje uporabiti primer ostre spremembe hitrosti osebnega vozila (zaviranje). V tem primeru se noge stoječega potnika vlečejo zaradi trenja po tleh. Toda hkrati na trup in glavo ne bo prišlo do vpliva, zaradi česar se bosta še nekaj časa premikala z enako določeno hitrostjo. Posledično se bo potnik nagnil naprej ali padel. Z drugimi besedami, vztrajnostni moment nog, ki ga ugasne sila trenja o tleh, bo bistveno manjši od preostalih točk telesa. Nasprotno sliko bomo opazili pri močnem povečanju hitrosti avtobusnega ali tramvajskega avtomobila.

Vztrajnostni moment lahko formuliramo kot fizikalno količino, ki je enaka vsoti produktov elementarnih mas (teh posameznih točk trdnega telesa) in kvadrata njihove razdalje od osi vrtenja. Iz te definicije izhaja, da je ta lastnost aditivna količina. Preprosto povedano, vztrajnostni moment materialnega telesa je enak vsoti podobnih kazalnikov njegovih delov: J=J1 + J2 + J 3 + …

Vztrajnostni moment žoge
Vztrajnostni moment žoge

Ta indikator za telesa kompleksne geometrije najdemo eksperimentalno. račun zaupoštevati preveč različnih fizikalnih parametrov, vključno z gostoto predmeta, ki je lahko na različnih točkah nehomogena, kar ustvarja tako imenovano masno razliko v različnih segmentih telesa. V skladu s tem standardne formule tukaj niso primerne. Na primer, vztrajnostni moment obroča z določenim polmerom in enakomerno gostoto, ki ima vrtilno os, ki poteka skozi središče, lahko izračunamo z naslednjo formulo: J=mR2. Toda na ta način te vrednosti ne bo mogoče izračunati za obroč, katerega vsi deli so izdelani iz različnih materialov.

In vztrajnostni moment kroglice trdne in homogene strukture lahko izračunamo po formuli: J=2/5mR2. Pri izračunu tega indikatorja za telesa glede na dve vzporedni osi vrtenja se v formulo vnese dodaten parameter - razdalja med osema, označena s črko a. Druga os vrtenja je označena s črko L. Formula je lahko na primer videti takole: J=L + ma2.

Skrbne poskuse o preučevanju inercialnega gibanja teles in narave njihove interakcije je prvi izvedel Galileo Galilei na prelomu iz šestnajstega v sedemnajsto stoletje. Dovolili so velikemu znanstveniku, ki je bil pred svojim časom, da vzpostavi osnovni zakon o ohranjanju fizičnih teles stanja mirovanja ali pravokotnega gibanja glede na Zemljo, če nanje ne delujejo druga telesa. Zakon vztrajnosti je postal prvi korak pri vzpostavitvi osnovnih fizikalnih načel mehanike, ki so bila takrat še povsem nejasna, nejasna in nejasna. Nato je Newton oblikoval splošne zakone gibanjatelesa, med njimi je tudi zakon vztrajnosti.

Priporočena: