Tehetetlenségi pillanat. A merev test mechanikájának néhány részlete

Tehetetlenségi pillanat. A merev test mechanikájának néhány részlete
Tehetetlenségi pillanat. A merev test mechanikájának néhány részlete
Anonim

A szilárd testek kölcsönhatásának egyik alapvető fizikai elve a tehetetlenség törvénye, amelyet a nagy Isaac Newton fogalmazott meg. Szinte folyamatosan találkozunk ezzel a fogalommal, hiszen rendkívül nagy hatással van világunk minden anyagi tárgyára, így az emberre is. Az olyan fizikai mennyiség viszont, mint a tehetetlenségi nyomaték, elválaszthatatlanul kapcsolódik a fent említett törvényhez, amely meghatározza a szilárd testekre gyakorolt hatásának erejét és időtartamát.

Tehetetlenségi nyomaték
Tehetetlenségi nyomaték

A mechanika szemszögéből minden anyagi tárgy egy változatlan és világosan strukturált (idealizált) pontrendszerként írható le, amelyek közötti távolságok mozgásuk természetétől függően nem változnak. Ez a megközelítés lehetővé teszi szinte minden szilárd test tehetetlenségi nyomatékának pontos kiszámítását speciális képletek segítségével. Itt van egy másik érdekes árnyalataz a tény, hogy bármely komplex, a legbonyolultabb pályával rendelkező mozgás ábrázolható egyszerű térbeli mozgások halmazaként: forgó és transzlációs. Ez a fizikusok életét is nagyban megkönnyíti a fizikai mennyiség kiszámításakor.

Gyűrűs tehetetlenségi nyomaték
Gyűrűs tehetetlenségi nyomaték

Ahhoz, hogy megértsük, mi a tehetetlenségi nyomaték, és milyen hatással van a minket körülvevő világra, a legegyszerűbb egy személygépjármű sebességének éles változásának (fékezésnek) példáját használni. Ebben az esetben az álló utas lábait a padlón lévő súrlódás húzza magával. Ugyanakkor a törzset és a fejet nem éri semmilyen hatás, aminek következtében egy ideig ugyanazzal a meghatározott sebességgel mozognak. Ennek eredményeként az utas előrehajol vagy elesik. Más szóval, a lábak tehetetlenségi nyomatéka, amelyet a padlón lévő súrlódási erő kiolt, lényegesen kisebb lesz, mint a test többi pontja. Az ellenkező kép figyelhető meg a buszok vagy villamosok sebességének meredek növekedésével.

A tehetetlenségi nyomaték megfogalmazható fizikai mennyiségként, amely egyenlő az elemi tömegek (a szilárd test egyes pontjainak) szorzatának és a forgástengelytől való távolságuk négyzetének összegével. Ebből a meghatározásból következik, hogy ez a jellemző egy additív mennyiség. Egyszerűen fogalmazva, egy anyagi test tehetetlenségi nyomatéka megegyezik részei hasonló mutatóinak összegével: J=J1 + J2 + J 3 + …

A labda tehetetlenségi nyomatéka
A labda tehetetlenségi nyomatéka

Ezt az indikátort az összetett geometriájú testekre kísérletileg találták meg. számlatúl sok különböző fizikai paramétert vegyünk figyelembe, beleértve egy objektum sűrűségét is, amely különböző pontokon inhomogén lehet, ami a test különböző szegmenseiben úgynevezett tömegkülönbséget hoz létre. Ennek megfelelően a szabványos képletek itt nem megfelelőek. Például egy bizonyos sugarú és egyenletes sűrűségű gyűrű tehetetlenségi nyomatéka, amelynek forgástengelye áthalad a középpontján, a következő képlettel számítható ki: J=mR2. De így nem lehet kiszámítani ezt az értéket egy karikára, amelynek minden része különböző anyagból készült.

Egy szilárd és homogén szerkezetű golyó tehetetlenségi nyomatéka a következő képlettel számítható ki: J=2/5mR2. Amikor ezt a mutatót a testekre két párhuzamos forgástengelyhez viszonyítva számítják ki, egy további paraméter kerül be a képletbe - a tengelyek közötti távolság, amelyet az a betű jelöl. A második forgástengelyt L betű jelöli. A képlet például így nézhet ki: J=L + ma2.

A testek tehetetlenségi mozgásának és kölcsönhatásuk természetének tanulmányozásával kapcsolatos gondos kísérleteket Galileo Galilei végzett először a 16. és 17. század fordulóján. Lehetővé tették a nagy tudósnak, aki megelőzte korát, hogy megállapítsa az alaptörvényt a fizikai testek nyugalmi állapotának vagy a Földhöz viszonyított egyenes vonalú mozgásának megőrzésére más rájuk ható testek hiányában. A tehetetlenség törvénye lett az első lépés a mechanika alapvető fizikai alapelveinek megállapításához, amelyek akkor még teljesen homályosak, homályosak és homályosak voltak. Ezt követően Newton, megfogalmazta a mozgás általános törvényeittestek, köztük a tehetetlenség törvénye.

Ajánlott: