Hitausmomentti. Jotkut yksityiskohdat kiintoaineiden mekaniikasta

Yksi kiintoaineiden vuorovaikutuksen perusperiaatteista on suuri Isaac Newtonin muotoilema inertia . Tämän konseptin avulla kohtaamme lähes jatkuvasti, sillä se vaikuttaa erittäin suuresti kaikkiin maailman materiaalisiin kohteisiin, myös ihmisiin. Sitä vastoin tällainen fyysinen määrä kuin inertia-hetki liittyy erottamattomasti edellä mainittuun lakiin, määrittäen sen vaikutuksen voiman ja keston kiinteille aineille.

Mekaniikan näkökulmasta jokainen materiaali-esine voidaan kuvata muuttumattomaksi ja selkeästi jäsennellyksi (idealisoituna) pistejärjestelmälle, jonka keskinäiset etäisyydet eivät vaihda liikkeen luonteesta riippuen. Tällainen lähestymistapa tekee mahdolliseksi laskea tarkasti erityisillä kaavoilla lähes kaikkien kiinteiden aineiden hitausmomentti. Toinen mielenkiintoinen nuotti on se, että kaikki monimutkaiset, joilla on kaikkein monimutkainen liikerata, voidaan esittää yksinkertaisten siirtymien joukossa avaruudessa: kierto ja translaatio. Tämä helpottaa myös fyysikkojen elämää tietyn fyysisen määrän laskemisessa.

Ymmärrä, mikä on inertia hetki ja mikä sen vaikutus ympäröivään maailmaan on helpoin esimerkin äkillisestä muutoksesta henkilöauton nopeudessa (jarrutus). Tällöin lattian seisovien matkustajien kitkan jalkat kulkevat. Mutta näin rungolla ja päällä mitään vaikutusta ei saada aikaan sen vuoksi, että he jonkin aikaa jatkavat liikkumista entisellä nopeudella. Tämän seurauksena matkustaja nojaa eteenpäin tai laskee. Toisin sanoen jalkojen hitausmomentti, joka kimmoisalla kitkalla on lattialla, on huomattavasti pienempi kuin muilla kehon pisteillä. Päinvastaista kuvaa havaitaan linja- tai raitiovaunun nopeuden voimakkaan kasvun myötä.

Hitausmomentti voidaan muodostaa fyysiseksi määrältään, joka on yhtä suuri kuin perusmassojen tuotteiden summa (ne samat kiinteät kiinteät kohdat), jotka ovat neliöitä niiden etäisyydestä pyörimisakselista. Tästä määritelmästä seuraa, että tämä ominaisuus on additiivinen määrä. Yksinkertaisesti sanottuna materiaalin rungon hitausmomentti on yhtä suuri kuin osiensa analogisten indikaattorien summa: J = J ₁ + J ₂ + J ₃ + ...

Tämä indikaattori monimutkaisen geometrian omaaville kappaleille löytyy kokeellisesti. Meidän on otettava huomioon liikaa erilaisia fysikaalisia parametreja, mukaan lukien kohteen tiheys, joka saattaa olla epähomogeeninen eri kohdissa, mikä luo niin sanotun massimuutoksen eri ruumiinosissa. Näin ollen standardikaavat eivät sovellu tähän. Esimerkiksi rengasmomentti, jolla on tietty säde ja homogeeninen tiheys, jolla on pyörimisakseli, joka kulkee keskuksensa läpi, voidaan laskea seuraavalla kaavalla: J = mR ² . Mutta tällä tavoin ei ole mahdollista laskea tätä arvoa kehälle, jonka kaikki osat valmistetaan eri materiaaleista.

Jatkuvan ja homogeenisen rakenteen kuulan hitausmomentti voidaan laskea kaavalla: J = 2 / 5mR ² . Kun tätä indeksiä lasketaan kehoille suhteessa kahteen rinnakkaiseen pyörimisakseliin, kaavaan lisätään lisäparametri - akseleiden välinen etäisyys, merkitty kirjaimella a. Toinen pyörimisakseli on merkitty kirjaimella L. Esimerkiksi kaavalla voi olla seuraava muoto: J = L + ma ² .

Galileo Galilei teki ensinnäkin kuudestoista ja seitsemästoista vuosisatojen risteyksestä huolellisia kokeita elinten inertiaalisen liikkeitä ja niiden vuorovaikutuksen luonnetta. He antoivat suurelle tiedemiehelle, joka oli aikansa edellä, laatimaan peruslaki, joka koskee fyysisten ruumiiden säilyttämistä levossa tai suoraviivaisessa liikkeessä suhteessa maapalloon, ellei muiden elinten vaikutusta niihin ole. Hitausvoiman laki oli ensimmäinen askel perustaa mekaniikan perusfyysiset periaatteet, mutta silti täysin epämääräinen, epäselvä ja epäselvä. Tämän jälkeen Newton laatii yleiset elinten liikkeiden lainat, jotka sisältyvät niiden lukumäärään ja hitauslakiin.