Inertimoment. Nogle detaljer om stiv kropsmekanik

Inertimoment. Nogle detaljer om stiv kropsmekanik
Inertimoment. Nogle detaljer om stiv kropsmekanik
Anonim

Et af de grundlæggende fysiske principper for samspillet mellem faste legemer er loven om inerti, formuleret af den store Isaac Newton. Vi støder på dette koncept næsten konstant, da det har en ekstrem stor indflydelse på alle materielle genstande i vores verden, inklusive mennesker. Til gengæld er en sådan fysisk størrelse som inertimomentet uløseligt forbundet med ovennævnte lov, der bestemmer styrken og varigheden af dens påvirkning på faste legemer.

Inertimoment
Inertimoment

Fra mekanikkens synspunkt kan enhver materiel genstand beskrives som et uforanderligt og klart struktureret (idealiseret) system af punkter, hvor de indbyrdes afstande mellem hvilke ikke ændrer sig afhængigt af arten af deres bevægelse. Denne tilgang gør det muligt nøjagtigt at beregne inertimomentet for næsten alle faste legemer ved hjælp af specielle formler. En anden interessant nuance her erdet faktum, at enhver kompleks bevægelse, der har den mest indviklede bane, kan repræsenteres som et sæt simple bevægelser i rummet: roterende og translationelle. Dette gør også livet meget lettere for fysikere, når de beregner denne fysiske mængde.

Ringinertimoment
Ringinertimoment

For at forstå, hvad der er inertimomentet, og hvad dets indflydelse har på verden omkring os, er det nemmest at bruge eksemplet med en skarp ændring i et passagerkøretøjs hastighed (bremsning). I dette tilfælde vil benene på en stående passager blive trukket med af friktion på gulvet. Men på samme tid vil der ikke blive udøvet nogen påvirkning på torso og hoved, som et resultat af hvilket de vil fortsætte med at bevæge sig med den samme specificerede hastighed i nogen tid. Som et resultat vil passageren læne sig frem eller falde. Med andre ord vil inertimomentet af benene, slukket af friktionskraften på gulvet, være betydeligt mindre end resten af kroppens punkter. Det modsatte billede vil blive observeret med en kraftig stigning i hastigheden på en bus eller sporvogn.

Inertimomentet kan formuleres som en fysisk størrelse svarende til summen af produkterne af elementære masser (de enkelte punkter i et fast legeme) og kvadratet på deres afstand fra rotationsaksen. Det følger af denne definition, at denne egenskab er en additiv mængde. Enkelt sagt er inertimomentet for et materielt legeme lig med summen af lignende indikatorer for dets dele: J=J1 + J2 + J 3 + …

Boldens inertimoment
Boldens inertimoment

Denne indikator for kroppe med kompleks geometri findes eksperimentelt. tager højde fortage højde for for mange forskellige fysiske parametre, herunder tætheden af et objekt, som kan være inhomogene på forskellige punkter, hvilket skaber den såkaldte masseforskel i forskellige dele af kroppen. Derfor er standardformlerne ikke egnede her. For eksempel kan inertimomentet for en ring med en vis radius og ensartet tæthed, med en rotationsakse, der passerer gennem dens centrum, beregnes ved hjælp af følgende formel: J=mR2. Men på denne måde vil det ikke være muligt at beregne denne værdi for en bøjle, som alle dele er lavet af forskellige materialer.

Og inertimomentet for en kugle med solid og homogen struktur kan beregnes med formlen: J=2/5mR2. Ved beregning af denne indikator for kroppe i forhold til to parallelle rotationsakser, indføres en yderligere parameter i formlen - afstanden mellem akserne, angivet med bogstavet a. Den anden rotationsakse er angivet med bogstavet L. For eksempel kan formlen se sådan ud: J=L + ma2.

Omhyggelige eksperimenter i studiet af legemers inertibevægelse og arten af deres interaktion blev først lavet af Galileo Galilei i begyndelsen af det sekstende og syttende århundrede. De tillod den store videnskabsmand, som var forud for sin tid, at etablere den grundlæggende lov om fysiske legemers bevarelse af en tilstand af hvile eller retlinet bevægelse i forhold til Jorden i fravær af andre kroppe, der virker på dem. Inertiloven blev det første skridt i etableringen af mekanikkens grundlæggende fysiske principper, som på det tidspunkt stadig var fuldstændig vage, utydelige og uklare. Efterfølgende formulerede Newton de generelle love for bevægelselegemer, herunder loven om inerti.

Anbefalede: