Закон збереження моменту імпульсу

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

У замкнутій системі виконується закон збереження моменту імпульсу.

Що обертається навколо своєї осі тіло при відсутності гальмують обертання сил так і буде продовжувати обертатися. Фізики звично пояснюють цей феномен тим, що таке обертове тіло володіє певним кількістю руху, зреалізований у формі кутового моменту кількості руху або, коротко, моменту імпульсу або моменту обертання. Момент імпульсу тіла, що обертається прямо пропорційний швидкості обертання тіла, його маси і лінійної протяжності. Чим вище будь-яка з цих величин, тим вище момент імпульсу. Якщо тепер допустити, що тіло обертається не навколо власного центра маси, а навколо якогось центра обертання, віддаленого від нього, воно все одно буде володіти обертальним моментом імпульсу. У математичному уявленні момент імпульсу L тіла, що обертається з кутовою швидкістю ω, дорівнює L = Iω, де величина I, звана моментом інерції, є аналогом інерційної маси в законі збереження лінійного імпульсу, і залежить вона як від маси тіла, так і від його конфігурації - тобто, від розподілу маси всередині тіла. У цілому, чим далі від осі обертання видалена основна маса тіла, тим вище момент інерції.

Зберігається або консервативної прийнято називати величину, яка не змінюється в результаті розглянутого взаємодії. У рамках закону збереження моменту імпульсу консервативної величиною як раз і є кутовий момент обертання маси - він не змінюється під час відсутності прикладеного моменту сили або крутного моменту - проекції вектора сили на площину обертання, перпендикулярно радіусу обертання, помноженої на важіль (відстань до осі обертання). Найбільш розхожий приклад закону збереження моменту імпульсу - фігуристка, що виконує фігуру обертання з прискоренням. Спортсменка входить в обертання досить повільно, широко розкинувши руки і ноги, а потім, у міру того, як вона збирає масу свого тіла все ближче до осі обертання, притискаючи кінцівки все ближче до тулуба, швидкість обертання багаторазово зростає внаслідок зменшення моменту інерції при збереженні моменту обертання. Тут ми і переконуємося наочно, що чим менше момент інерції I, тим вище кутова швидкість ω і, як наслідок, коротше період обертання, обернено пропорційний їй.

Слід зазначити, однак, що не будь-яка прикладена ззовні сила позначається на моменті обертання. Припустимо, ви поставили свій велосипед «на попа» (колесами вгору) і сильно розкрутили одне з його коліс. Зрозуміло, що, доклавши гальмуючу силу тертя до будь-якої окружності колеса (натиснувши на ручне гальмо, приклавши руку до гуми чи обертовим спицям), ви, тим самим, знизите кутову швидкість його обертання. Проте, скільки б ви не намагалися, ви не зупините обертання колеса, намагаючись впливати на вісь обертання. Іншими словами, для зміни моменту обертання необхідна не просто сила, а момент сили - тобто, сила, прикладена у напрямку, відмінному від напрямку осі обертання, і на деякій відстані від неї. Тому закон збереження моменту обертання можна сформулювати і трохи інакше: момент обертання тіла змінюється лише у присутності моменту сили, спрямованої на його зміну.

І тут виникає важливе додаткове зауваження. До цих пір ми говорили про зміну моменту обертання в плані прискорення або уповільнення обертання, як такого, але при цьому тіло продовжувало обертатися все в тій же площині, і вісь обертання не змінювала своєї орієнтації в просторі. Тепер припустимо, що момент сили прикладений у площині, яка відрізняється від площини, в якій обертається тіло. Такий вплив неминуче призведе до зміни напрямку осі обертання. За відсутності ж зовнішніх впливів закон збереження моменту імпульсу увазі, що напрямок осі обертання залишається незмінним. Цей принцип широко використовується в так званих гіроскопічних навігаційних приладах. В їх основі лежить масивне, швидко обертається колесо - гіроскоп, - який не змінює своєї орієнтації в просторі, завдяки чому прилад стабільно вказує заданий напрямок, незалежно від кута повороту субмарини, літака чи супутника, на якому він встановлений. З технічної точки зору гіроскоп являє собою масивний диск на осьових підшипниках низького тертя, розкручений з дуже великою швидкістю. Ідеальний гіроскоп - це диск нескінченної маси, що обертається з нескінченною швидкістю в ідеальному вакуумі. У такому випадку закон збереження моменту імпульсу підкаже нам, що напрямок осі такого ідеального гіроскопа не відхилиться від вихідної ні на одну кутову секунду, і він вічно буде вказувати нам на початку задану точку. Штучні супутники Землі, як правило, оснащуються кількома незалежними гіроскопами, що обертаються в різних площинах, і бортова електроніка, зіставляючи дані кількох гіроскопічних компасів і усереднюючи поправки на можливі відхилення їх показань, безпомилково визначає координати і орієнтацію супутника в навколоземному просторі.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Доповідь
9.3кб. | скачати


Схожі роботи:
підтвердити закон збереження імпульсу на практиці
Оператори моменту імпульсу та їх комутація
Закон збереження енергії в макроскопічних процесах
Закон збереження маси до Ейнштейна і після
Закон збереження енергії в природі Забруднення навколишнього середовища
Пошук загальної причини невдач ppm першого роду Закон збереження сили
Достоєвський ф. м. - Як автор ставиться до Раскольнікова є один закон закон моральний.
Друге початок закон термодинаміки Концепція ентропії і закон її зростання
Обчислення ПДВ після закінчення 60 днів з моменту відвантаження товарів виконання робіт надання послуг
© Усі права захищені
написати до нас