Възможно ли е да се въртиш по инерция Наистина, завъртях въртележката, а ти се върти по инерция
Защо не въртене по инерция? Освен това, ако този маховик е „подпомогнат“ от двигател, тогава той ще се върти с напълно постоянна ъглова скорост. Може ли това да се нарече въртене по инерция? Строго погледнато, не. Критикувахме Галилей, който смяташе движението на точка в окръжност за инерционно. Но това е така, защото в този случай върху точката задължително трябва да действа външна сила. И тогава движението вече не е инерционно. Нека го направим по-умно - вземете много точки, разположени в кръг, закрепете ги заедно по-силно и развийте. Така че имаме маховик, който се върти, имайте предвид, без прилагане на външни сили (ние не го докосваме!). Да поставим такъв маховик в космоса - нито окачване, нито двигател трябва. Обектът се върти сам, не изисква никакви сили. Отговорете колеги физици - по инерция ли се движи или не? Въпросът, изглежда, е за ученик, но се страхувам, че ще се превърне в проблем и за физик. Първият отговор: Да, той изобщо не се движи, неговият център на масата, който се намира на оста, е неподвижен, следователно маховикът е неподвижен! Не, - няма да се съгласим, - но какво да кажем за неговата кинетична енергия? Може ли неподвижно тяло да има кинетична енергия и значителна? Вторият отговор: Това е движение по инерция, защото се случва без външно влияние! Извинете, - ще възразим, - но такова движение, според първия закон на Нютон, може да бъде само праволинейно и равномерно. Може би Нютон не е взел нещо предвид? Нютон е взел под внимание всичко, просто въпросът не е толкова тривиален, колкото може да изглежда веднага. Каква е разликата между инерцията на праволинейно и въртеливо движение? Както знаете, инерцията или инерцията на масивна точка зависи само от нейната маса. Масата е мярка за инерцията на тялото, когатоправолинейно движение. Това означава, че при такова движение разпределението на масите в тялото не влияе на инерцията и това тяло може безопасно да се приеме за материална (масивна) точка. Масата на тази точка е равна на масата на тялото и се намира в центъра на тежестта или, което е почти същото, в центъра на масата или инерционния център на тялото (следователно "тялото" в законите на Нютон е правилно заменено с "материална точка"). Нека проведем следния експеримент. Нека се опитаме да завъртим прът с монтирани върху него маси (тежести), например метални топки, около вертикална ос. Докато тези топки са близо до центъра, пръчката се върти лесно, инерцията й е малка. Но ако избутаме масите към краищата на пръта, тогава ще стане много по-трудно да развием такъв прът, въпреки че масата му е останала непроменена (фиг. 52). Следователно инерцията на тялото по време на въртене зависи не само от масата, но и (дори в по-голяма степен) от разпределението на тези маси спрямо оста на въртене. Мярка 2
Инерцията на тялото по време на въртене е така нареченият инерционен момент. Фиг. 52. Изменение на инерционния момент на тяло с непроменена маса: 1 - прът; 2 - натоварване Инерционният момент на тялото около дадена ос е стойност, равна на сумата от продуктите на масите на всички частици на тялото и квадратите на техните разстояния от тази ос По този начин разликата в мярката за инерция на праволинейно движение и въртене се състои в това, че в първия случай тя се измерва с маса, а във втория - с инерционния момент. По-нататък. Както знаем, законът за инерцията установява еквивалентността на относителния покой и равномерното праволинейно движение - движение по инерция. Защото не е възможно да се установи чрез механичен опит дали дадено тяло е в покой или се движи равномерно и праволинейно. Това не е така при въртеливото движение. Например, изобщо не е безразлично дали върхът е в покой или се върти равномерно, спостоянна ъглова скорост. Ъгловата скорост на твърдото тяло е величина, която характеризира неговото агрегатно състояние. Ъгловата скорост може да се определи (например чрез измерване на центростремителни сили) без никаква информация за положението на тялото спрямо "абсолютната" координатна система.
Тоест, дори ако цялата Вселена изчезне и остане само нашето въртящо се тяло, тогава в този случай ще разберем и неговата ъглова скорост. Следователно терминът „абсолютна ъглова скорост на тялото“, за разлика от „абсолютна скорост на точка“, трябва да се използва в буквалния смисъл (без кавички). Така механичните явления в система в покой и въртяща се система ще протичат по различен начин, да не говорим за факта, че падането и движението на телата във въртяща се система се случват по различен начин, отколкото в неподвижна: достатъчно е да се завърти добре - и тя ще се разпадне поради напрежения, които са възникнали в него. Следователно втората разлика е, че праволинейното движение и покой са еквивалентни и въртенето, дори и с постоянна ъглова скорост, може да бъде ясно отделено не само от покой, но и от въртене с различна ъглова скорост. Тук може би са всички основни разлики. Останалото е толкова подобно, че човек може да си позволи да формулира, по образа и подобието на законите на Нютон, "закона" за инерцията на въртеливото движение на абсолютно твърдо тяло: "Абсолютно твърдо тяло, изолирано от външни моменти, ще поддържа състояние на покой или равномерно въртене около фиксирана точка или ос, докато моментите на външни сили, приложени към тялото, го принудят да промени това състояние." Защо абсолютно ly твърдо тяло, а не какво да е? Тъй като за нетвърдо тяло, поради принудителни (или предварително определени) деформации по време на въртене, моментът на инерция може да се промени и това е еквивалентно на промянателесна маса в права линия. Ние не споменаваме този случай, когато формулираме закона за инерцията, иначе той би започнал така: „Материална точка с постоянна маса, изолирана от външни влияния. » И тази точка може лесно да промени масата си. Самолет или ракета, движещи се чрез изгаряне на гориво, променят значително масата си. Дори човек, изминал достатъчно разстояние, променя масата си толкова много, че се фиксира от медицински везни. И как тази промяна в масата ще повлияе на инерцията? В крайна сметка, когато масата се промени, възниква допълнителна, така наречената реактивна сила. За какъв вид движение по инерция можем да говорим, когато върху тялото действа сила? Така че в случай на въртеливо движение: ако инерционният момент не е постоянен, трябва да се приеме за постоянна не ъгловата скорост, а произведението на ъгловата скорост от момента на инерцията - така нареченият кинетичен момент. В този случай законът на инерцията ще приеме тази форма; "Изолирано от външните моменти около оста на въртене, тялото ще поддържа кинетичния момент около тази ос постоянен." Този закон (в малко по-различна формулировка) се нарича закон за запазване на импулса. За да се демонстрира този закон, е удобно да се използва просто устройство, наречено платформа (пейка) на Жуковски. Това е кръгла хоризонтална платформа на лагери, която може да се върти около вертикална ос с малко триене (фиг. 53). Ако човек, стоящ на тази платформа и въртящ се с определена ъглова скорост, разтвори ръцете си настрани (още по-добре с товари в тях, например дъмбели), тогава неговият инерционен момент около вертикалната ос ще се увеличи и ъгловата скорост ще спадне значително. Спускайки ръцете си, човек с вътрешно усилие се информира за началната ъглова скорост. Дори да стоите неподвижно на платформата, можетезавъртете тялото във всяка посока, като завъртите изпънатата нагоре ръка в обратната посока. Този метод за промяна на ъгловата скорост се използва широко в балет, акробатика и т.н., дори котките успешно се приземяват на лапите си поради въртенето на опашката в подходящата посока. СІЗ
Ориз. 53. Платформата и човекът на Жуковски Множество устройства и машини се основават на феномена на инерцията на въртеливото движение, по-специално инерционни двигатели - батерии, които съхраняват кинетична енергия по време на инерционното въртене на маховика, и жироскопични устройства, които запазват, образно казано, неговия кинетичен момент. Има и маховици с променлив инерционен момент, напомнящ принципа на човешкото действие на платформата Жуковски.