--> § 49. Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà. Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ àáñîëþòíî òâ¸ðäîãî òåëà, âðàùàþùåãîñÿ îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîé îñè. Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 6. Äèíàìèêà âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ àáñîëþòíî òâ¸ðäîãî òåëà

 


§ 49. Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà. Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ àáñîëþòíî òâ¸ðäîãî òåëà, âðàùàþùåãîñÿ îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîé îñè

    Ïðåäïîëîæèòå, ïî÷åìó äëÿ óâåëè÷åíèÿ óãëîâîé ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ôèãóðèñò âûòÿãèâàåòñÿ âäîëü îñè âðàùåíèÿ. Äîëæåí ëè âðàùàòüñÿ âåðòîë¸ò ïðè âðàùåíèè åãî âèíòà?

Çàäàííûå âîïðîñû íàâîäÿò íà ìûñëü î òîì, ÷òî åñëè íà òåëî íå äåéñòâóþò âíåøíèå ñèëû èëè äåéñòâèå èõ ñêîìïåíñèðîâàíî è îäíà ÷àñòü òåëà íà÷èíàåò âðàùåíèå â îäíó ñòîðîíó, òî äðóãàÿ ÷àñòü äîëæíà âðàùàòüñÿ â äðóãóþ ñòîðîíó, ïîäîáíî òîìó êàê ïðè âûáðîñå ãîðþ÷åãî èç ðàêåòû ñàìà ðàêåòà äâèæåòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó.

ñóììàðíûé èìïóëüñ äèñêà ðàâåí íóëþ

Ìîìåíò èìïóëüñà. Åñëè ðàññìîòðåòü âðàùàþùèéñÿ äèñê, òî ñòàíîâèòñÿ î÷åâèäíûì, ÷òî ñóììàðíûé èìïóëüñ äèñêà ðàâåí íóëþ, òàê êàê ëþáîé ÷àñòèöå òåëà ñîîòâåòñòâóåò ÷àñòèöà, äâèæóùàÿñÿ ñ ðàâíîé ïî ìîäóëþ ñêîðîñòüþ, íî â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè (ðèñ. 6.9).

Íî äèñê äâèæåòñÿ, óãëîâàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ âñåõ ÷àñòèö îäèíàêîâà. Îäíàêî ÿñíî, ÷òî ÷åì äàëüøå íàõîäèòñÿ ÷àñòèöà îò îñè âðàùåíèÿ, òåì áîëüøå å¸ èìïóëüñ. Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ íàäî ââåñòè åù¸ îäíó õàðàêòåðèñòèêó, ïîäîáíóþ èìïóëüñó, — ìîìåíò èìïóëüñà.

Çàïîìíè
Ìîìåíòîì èìïóëüñà ÷àñòèöû, äâèæóùåéñÿ ïî îêðóæíîñòè, íàçûâàþò ïðîèçâåäåíèå èìïóëüñà ÷àñòèöû íà ðàññòîÿíèå îò íå¸ äî îñè âðàùåíèÿ (ðèñ. 6.10):

L = mυr.

Ìîìåíòîì èìïóëüñà

Ëèíåéíàÿ è óãëîâàÿ ñêîðîñòè ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì υ = ωr, òîãäà

L = mr2ω.

Âñå òî÷êè òâ¸ðäîãî äåëà äâèæóòñÿ îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîé îñè âðàùåíèÿ ñ îäèíàêîâîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ. Òâ¸ðäîå òåëî ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ñîâîêóïíîñòü ìàòåðèàëüíûõ òî÷åê.

Âàæíî
Ìîìåíò èìïóëüñà òâ¸ðäîãî òåëà ðàâåí ïðîèçâåäåíèþ ìîìåíòà èíåðöèè íà óãëîâóþ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ:

Ìîìåíò èìïóëüñà òâ¸ðäîãî òåëà                     (6.3)

Ìîìåíò èìïóëüñà — âåêòîðíàÿ âåëè÷èíà, ñîãëàñíî ôîðìóëå (6.3) ìîìåíò èìïóëüñà íàïðàâëåí òàê æå, êàê è óãëîâàÿ ñêîðîñòü.

Îñíîâíîå óðàâíåíèå äèíàìèêè âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ â èìïóëüñíîé ôîðìå. Óãëîâîå óñêîðåíèå òåëà ðàâíî èçìåíåíèþ óãëîâîé ñêîðîñòè, äåë¸ííîìó íà ïðîìåæóòîê âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî ýòî èçìåíåíèå ïðîèçîøëî: Ïîäñòàâèì ýòî âûðàæåíèå â îñíîâíîå óðàâíåíèå äèíàìèêè âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ îòñþäà I(ω2 - ω1) = MΔt, èëè IΔω = MΔt.

Òàêèì îáðàçîì,

ΔL = MΔt.                       (6.4)

Âàæíî
Èçìåíåíèå ìîìåíòà èìïóëüñà ðàâíî ïðîèçâåäåíèþ ñóììàðíîãî ìîìåíòà ñèë, äåéñòâóþùèõ íà òåëî èëè ñèñòåìó, íà âðåìÿ äåéñòâèÿ ýòèõ ñèë.

Ñôîðìóëèðóåì çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà.

Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà
Åñëè ñóììàðíûé ìîìåíò ñèë, äåéñòâóþùèõ íà òåëî èëè ñèñòåìó òåë, èìåþùèõ íåïîäâèæíóþ îñü âðàùåíèÿ, ðàâåí íóëþ, òî èçìåíåíèå ìîìåíòà èìïóëüñà òàêæå ðàâíî íóëþ, ò. å. ìîìåíò èìïóëüñà ñèñòåìû îñòà¸òñÿ ïîñòîÿííûì:

ΔL = 0, L = const.

Âñïîìíèòå, ÷òî èçìåíåíèå èìïóëüñà ñèñòåìû ðàâíî ñóììàðíîìó èìïóëüñó ñèë, äåéñòâóþùèõ íà ñèñòåìó.

Âðàùàþùèéñÿ ôèãóðèñò ðàçâîäèò â ñòîðîíû ðóêè, òåì ñàìûì óâåëè÷èâàåò ìîìåíò èíåðöèè, ÷òîáû óìåíüøèòü óãëîâóþ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ.

îïûò ñî ñêàìü¸é Æóêîâñêîãî

Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà ìîæíî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùåãî îïûòà, íàçûâàåìîãî «îïûò ñî ñêàìü¸é Æóêîâñêîãî». Íà ñêàìüþ, èìåþùóþ âåðòèêàëüíóþ îñü âðàùåíèÿ, ïðîõîäÿùóþ ÷åðåç å¸ öåíòð, âñòà¸ò ÷åëîâåê. ×åëîâåê äåðæèò â ðóêàõ ãàíòåëè. Åñëè ñêàìüþ çàñòàâèòü âðàùàòüñÿ, òî ÷åëîâåê ìîæåò èçìåíÿòü ñêîðîñòü âðàùåíèÿ, ïðèæèìàÿ ãàíòåëè ê ãðóäè èëè îïóñêàÿ ðóêè, à çàòåì ðàçâîäÿ èõ. Ðàçâîäÿ ðóêè, îí óâåëè÷èâàåò ìîìåíò èíåðöèè, è óãëîâàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ óìåíüøàåòñÿ (ðèñ. 6.11, à), îïóñêàÿ ðóêè, îí óìåíüøàåò ìîìåíò èíåðöèè, è óãëîâàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ñêàìüè óâåëè÷èâàåòñÿ (ðèñ. 6.11, á).

×åëîâåê ìîæåò òàêæå çàñòàâèòü âðàùàòüñÿ ñêàìüþ, åñëè ïîéä¸ò âäîëü å¸ êðàÿ. Ïðè ýòîì ñêàìüÿ áóäåò âðàùàòüñÿ â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè, òàê êàê ñóììàðíûé ìîìåíò èìïóëüñà äîëæåí îñòàòüñÿ ðàâíûì íóëþ.

Íà çàêîíå ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà îñíîâàí ïðèíöèï äåéñòâèÿ ïðèáî-^ ðîâ, íàçûâàåìûõ ãèðîñêîïàìè. Îñíîâíîå ñâîéñòâî ãèðîñêîïà — ýòî ñîõðàíåíèå íàïðàâëåíèÿ îñè âðàùåíèÿ, åñëè íà ýòó îñü íå äåéñòâóþò âíåøíèå ñèëû. Â XIX â. ãèðîñêîïû èñïîëüçîâàëèñü ìîðåïëàâàòåëÿìè äëÿ îðèåíòàöèè â ìîðå.

Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ âðàùàþùåãîñÿ òâ¸ðäîãî òåëà. Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ âðàùàþùåãîñÿ òâ¸ðäîãî òåëà ðàâíà ñóììå êèíåòè÷åñêèõ ýíåðãèé îòäåëüíûõ åãî ÷àñòèö. Ðàçäåëèì òåëî íà ìàëûå ýëåìåíòû, êàæäûé èç êîòîðûõ ìîæíî ñ÷èòàòü ìàòåðèàëüíîé òî÷êîé. Òîãäà êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òåëà ðàâíà ñóììå êèíåòè÷åñêèõ ýíåðãèé ìàòåðèàëüíûõ òî÷åê, èç êîòîðûõ îíî ñîñòîèò:

êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òåëà ðàâíà ñóììå êèíåòè÷åñêèõ ýíåðãèé ìàòåðèàëüíûõ òî÷åê

Óãëîâàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ âñåõ òî÷åê òåëà îäèíàêîâà, ñëåäîâàòåëüíî,

Óãëîâàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ âñåõ òî÷åê òåëà îäèíàêîâà

Âåëè÷èíà â ñêîáêàõ, êàê ìû óæå çíàåì, ýòî ìîìåíò èíåðöèè òâ¸ðäîãî òåëà. Îêîí÷àòåëüíî ôîðìóëà äëÿ êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè òâ¸ðäîãî òåëà, èìåþùåãî íåïîäâèæíóþ îñü âðàùåíèÿ, èìååò âèä

ìîìåíò èíåðöèè òâ¸ðäîãî òåëà

 îáùåì ñëó÷àå äâèæåíèÿ òâ¸ðäîãî òåëà, êîãäà îñü âðàùåíèÿ ñâîáîäíà, åãî êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ðàâíà ñóììå ýíåðãèé ïîñòóïàòåëüíîãî è âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèé. Òàê, êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ êîëåñà, ìàññà êîòîðîãî ñîñðåäîòî÷åíà â îáîäå, êàòÿùåãîñÿ ïî äîðîãå ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ, ðàâíà

êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ êîëåñà, ìàññà êîòîðîãî ñîñðåäîòî÷åíà â îáîäå, êàòÿùåãîñÿ ïî äîðîãå ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ

 òàáëèöå ñîïîñòàâëåíû ôîðìóëû ìåõàíèêè ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìàòåðèàëüíîé òî÷êè ñ àíàëîãè÷íûìè ôîðìóëàìè âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ òâ¸ðäîãî òåëà.

 òàáëèöå ñîïîñòàâëåíû ôîðìóëû ìåõàíèêè ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìàòåðèàëüíîé òî÷êè ñ àíàëîãè÷íûìè ôîðìóëàìè âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ òâ¸ðäîãî òåëà

Êëþ÷åâûå ñëîâà äëÿ ïîèñêà èíôîðìàöèè ïî òåìå ïàðàãðàôà.
Ìîìåíò èìïóëüñà. Ýíåðãèÿ âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ. Ãèðîñêîï

Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó

    1. ×òî õàðàêòåðèçóåò ìîìåíò èíåðöèè òåëà?

    2.  êàêîì ñëó÷àå ñïðàâåäëèâ çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà?

    3. Ìàññû è ðàäèóñû äèñêà è êîëüöà ðàâíû ìåæäó ñîáîé. Îñè âðàùåíèÿ ïðîõîäÿò ÷åðåç öåíòðû êîëüöà è äèñêà. Ìîìåíò èíåðöèè êàêîãî òåëà áîëüøå êîëüöà èëè äèñêà?

    4. Ñ îäíîé è òîé æå âûñîòû ñ íàêëîííîé ïëîñêîñòè ñêàòûâàåòñÿ äèñê è ñîñêàëüçûâàåò áðóñîê. Ñêîðîñòü êàêîãî òåëà áóäåò áîëüøå? Ñ÷èòàéòå, ÷òî ðàáîòà ñèëû òðåíèÿ ìàëà.

    5.  òå÷åíèå 0,1 ñ ïî êàñàòåëüíîé ê îáîäó âðàùàþùåãîñÿ êîëåñà äåéñòâîâàëà ñèëà, ðàâíàÿ 10 Í. ×åìó ðàâíî èçìåíåíèå ìîìåíòà èìïóëüñà êîëåñà?

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->