Основне рівняння динаміки обертального руху
Нехай деяке тіло може обертатись навколо закріпленої осі. Виділимо елемент ∆mi цього тіла, положення якого задається радіус-вектором . На цей елемент діють зовнішні сили і внутрішні сили , тангенціальні складові яких і надають йому дотичного прискорення . Записуємо другий закон Ньютона для цього елементу
(4.38)
Щоб перейти до моментів сил рівняння (4.38) векторно домножаємо на радіус-вектор
. Так як , маємо
. (4.39)
Звернемо увагу, що кутове прискорення не має індексу і так як воно
для всіх точок тіла однакове.
Скориставшись формулою подвійного векторного добутку
, спростимо праву частину (4.39)
, так як радіус-вектор і кутове прискорення взаємно перпендикулярні. Візьмемо суму по всьому об’єму тіла
. Тут перший доданок є векторна сума моментів зовнішніх сил, які діють на тіло , другий доданок – це векторна сума внутрішніх сил. Вона дорівнює нулю, так як в противному випадку елемент ∆mi рухався б відносно інших елементів. А це означало б можливість деформації тіла, що ми виключили, ввівши поняття абсолютно твердого тіла. Отже .
Вираз , або (4.40)
залежить від розподілу маси тіла відносно осі обертання і називається моментом інерції тіла. Це міра інертності тіла в обертальному русі, аналог маси в поступальному русі. Вимірюється момент інерції в кг∙м2. Таким чином, основне рівняння динаміки обертального руху набуває виду
. (4.41)
Враховуючи, що , рівняння (4.41) прийме вид
. (4.42)
Величина , яка дорівнює добутку моменту інерції на кутову швидкість, називається моментом імпульсу (аналог імпульсу в поступальному русі).
Якщо система замкнута, тобто сума моментів зовнішніх сил дорівнює нулю, то момент імпульсу системи не змінюється (зберігається). Це є закон збереження моменту імпульсу, який аналогічний закону збереження імпульсу в поступальному русі.
Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 2256;