Момент на инерция. Някои подробности от механиката на твърдото тяло

Момент на инерция. Някои подробности от механиката на твърдото тяло
Момент на инерция. Някои подробности от механиката на твърдото тяло
Anonim

Един от основните физически принципи на взаимодействието на твърдите тела е законът за инерцията, формулиран от великия Исак Нютон. Срещаме това понятие почти постоянно, тъй като то има изключително голямо влияние върху всички материални обекти на нашия свят, включително и върху хората. От своя страна такава физическа величина като момента на инерция е неразривно свързана със закона, споменат по-горе, определящ силата и продължителността на въздействието му върху твърди тела.

Момент на инерция
Момент на инерция

От гледна точка на механиката всеки материален обект може да бъде описан като неизменна и ясно структурирана (идеализирана) система от точки, взаимните разстояния между които не се променят в зависимост от естеството на тяхното движение. Този подход позволява точното изчисляване на инерционния момент на почти всички твърди тела с помощта на специални формули. Друг интересен нюанс тук ефактът, че всяко сложно, имащо най-сложната траектория, движение може да бъде представено като набор от прости движения в пространството: ротационни и транслационни. Това също прави живота много по-лесен за физиците при изчисляване на тази физическа величина.

Инерционен момент на пръстена
Инерционен момент на пръстена

За да разберем какъв е моментът на инерция и какво е неговото влияние върху света около нас, най-лесно е да използваме примера за рязка промяна в скоростта на пътническо превозно средство (спирачка). В този случай краката на стоящ пътник ще бъдат влачени чрез триене в пода. Но в същото време няма да се окаже въздействие върху торса и главата, в резултат на което те ще продължат да се движат със същата определена скорост за известно време. В резултат на това пътникът ще се наведе напред или ще падне. С други думи, моментът на инерция на краката, изгасен от силата на триене на пода, ще бъде значително по-малък от останалите точки на тялото. Обратната картина ще се наблюдава при рязко увеличаване на скоростта на автобус или трамвай.

Моментът на инерция може да се формулира като физическа величина, равна на сбора от произведенията на елементарните маси (тези отделни точки на твърдо тяло) и квадрата на разстоянието им от оста на въртене. От това определение следва, че тази характеристика е адитивна величина. Просто казано, моментът на инерция на материалното тяло е равен на сумата от подобни показатели на неговите части: J=J1 + J2 + J 3 + …

Момент на инерция на топката
Момент на инерция на топката

Този индикатор за тела със сложна геометрия се намира експериментално. отчитатвземат предвид твърде много различни физически параметри, включително плътността на обект, която може да бъде нехомогенна в различни точки, което създава така наречената разлика в масата в различните сегменти на тялото. Съответно стандартните формули не са подходящи тук. Например, инерционният момент на пръстен с определен радиус и равномерна плътност, имащ ос на въртене, която минава през центъра му, може да се изчисли по следната формула: J=mR2. Но по този начин няма да е възможно да се изчисли тази стойност за обръч, всички части на който са изработени от различни материали.

И инерционният момент на топка с твърда и хомогенна структура може да се изчисли по формулата: J=2/5mR2. При изчисляване на този индикатор за тела спрямо две успоредни оси на въртене, във формулата се въвежда допълнителен параметър - разстоянието между осите, обозначено с буквата а. Втората ос на въртене се обозначава с буквата L. Например, формулата може да изглежда така: J=L + ma2.

Внимателни експерименти върху изучаването на инерционното движение на телата и естеството на тяхното взаимодействие са направени за първи път от Галилео Галилей в началото на ХVІ и ХVІІ век. Те позволиха на великия учен, който изпревари времето си, да установи основния закон за запазване от физическите тела на състояние на покой или праволинейно движение спрямо Земята при липса на други тела, действащи върху тях. Законът за инерцията стана първата стъпка в установяването на основните физически принципи на механиката, които по това време все още бяха напълно неясни, неясни и неясни. Впоследствие Нютон формулира общите закони на движениетотела, включително закона за инерцията.

Препоръчано: