רגע של אינרציה. כמה פרטים על מכניקת גוף נוקשה

רגע של אינרציה. כמה פרטים על מכניקת גוף נוקשה
רגע של אינרציה. כמה פרטים על מכניקת גוף נוקשה
Anonim

אחד העקרונות הפיזיקליים הבסיסיים של האינטראקציה של גופים מוצקים הוא חוק האינרציה, שנוסח על ידי אייזק ניוטון הגדול. אנו נתקלים במושג זה כמעט ללא הרף, מכיוון שיש לו השפעה רבה ביותר על כל האובייקטים החומריים של עולמנו, כולל בני האדם. בתורו, כמות פיזיקלית כמו מומנט האינרציה קשורה קשר בל יינתק עם החוק שהוזכר לעיל, וקובעת את עוצמת ומשך השפעתה על גופים מוצקים.

רגע של אינרציה
רגע של אינרציה

מנקודת המבט של המכניקה, ניתן לתאר כל אובייקט חומרי כמערכת בלתי משתנה ומובנית (אידיאלית) ברורה של נקודות, שהמרחקים ההדדיים ביניהן אינם משתנים בהתאם לאופי תנועתן. גישה זו מאפשרת לחשב במדויק את רגע האינרציה של כמעט כל הגופים המוצקים באמצעות נוסחאות מיוחדות. ניואנס מעניין נוסף כאן הואהעובדה שכל תנועה מורכבת, בעלת המסלול המורכב ביותר, יכולה להיות מיוצגת כקבוצה של תנועות פשוטות במרחב: סיבובית ותרגולת. זה גם מקל בהרבה על הפיזיקאים בחישוב הכמות הפיזיקלית הזו.

טבעת מומנט אינרציה
טבעת מומנט אינרציה

כדי להבין מהו רגע האינרציה ומהי השפעתו על העולם הסובב אותנו, הכי קל להשתמש בדוגמה של שינוי חד במהירות של רכב נוסעים (בלימה). במקרה זה, רגליו של נוסע עומד ייגררו על ידי חיכוך על הרצפה. אך יחד עם זאת, לא תופעל השפעה על הגו והראש, וכתוצאה מכך הם ימשיכו לנוע באותה מהירות שצוינה במשך זמן מה. כתוצאה מכך, הנוסע יישען קדימה או ייפול. במילים אחרות, רגע האינרציה של הרגליים, שנכבה מכוח החיכוך על הרצפה, יהיה קטן משמעותית משאר נקודות הגוף. התמונה ההפוכה תראה עם עלייה חדה במהירות של רכב אוטובוס או חשמלית.

ניתן לנסח את מומנט האינרציה כגודל פיזיקלי השווה לסכום התוצרים של מסות יסוד (אותן נקודות בודדות של גוף מוצק) ולריבוע המרחק שלהן מציר הסיבוב. מהגדרה זו נובע שמאפיין זה הוא כמות תוסף. במילים פשוטות, מומנט האינרציה של גוף חומרי שווה לסכום האינדיקטורים הדומים של חלקיו: J=J1 + J2 + J 3 + …

רגע אינרציה של הכדור
רגע אינרציה של הכדור

אינדיקטור זה עבור גופים בעלי גיאומטריה מורכבת נמצא בניסוי. לְהַסבִּירלקחת בחשבון יותר מדי פרמטרים פיזיים שונים, כולל צפיפות של עצם, שיכולה להיות לא הומוגנית בנקודות שונות, מה שיוצר את מה שנקרא הבדל המסה במקטעים שונים של הגוף. לפיכך, הנוסחאות הסטנדרטיות אינן מתאימות כאן. לדוגמה, ניתן לחשב את מומנט האינרציה של טבעת בעלת רדיוס מסוים וצפיפות אחידה, בעלת ציר סיבוב העובר במרכזה, באמצעות הנוסחה הבאה: J=mR2. אך באופן זה לא ניתן יהיה לחשב את הערך הזה לחישוק, שכל חלקיו עשויים מחומרים שונים.

וניתן לחשב את מומנט האינרציה של כדור בעל מבנה מוצק והומוגנית באמצעות הנוסחה: J=2/5mR2. בעת חישוב מחוון זה עבור גופים ביחס לשני צירי סיבוב מקבילים, מוכנס פרמטר נוסף לנוסחה - המרחק בין הצירים, המסומן באות a. ציר הסיבוב השני מסומן באות L. לדוגמה, הנוסחה עשויה להיראות כך: J=L + ma2.

ניסויים זהירים על חקר התנועה האינרציאלית של גופים ואופי האינטראקציה ביניהם נעשו לראשונה על ידי גלילאו גליליי בתחילת המאות השש-עשרה והשבע-עשרה. הם אפשרו למדען הדגול, שהקדים את זמנו, לקבוע את חוק היסוד בדבר שימור על ידי גופים פיזיים של מצב של מנוחה או תנועה ישרה ביחס לכדור הארץ בהיעדר גופים אחרים הפועלים עליהם. חוק האינרציה הפך לצעד הראשון בביסוס העקרונות הפיזיקליים הבסיסיים של המכניקה, שבאותה תקופה עדיין היו מעורפלים לחלוטין, לא ברורים ומעורפלים. לאחר מכן, ניוטון, מנסח את חוקי התנועה הכללייםגופים, הכוללים ביניהם את חוק האינרציה.

מוּמלָץ: