Законы динамики вращательного движения

В основе динамики вращательного движения лежат законы Ньютона.

I закон

Тело вращается равномерно или находится в покое, если суммарный момент всех действующих на тело сил равен нулю: (55)

II закон

Угловое ускорение, приобретаемое телом под действием силы , прямо пропорционально моменту силы и обратно пропорционально моменту инерции тела: (56)

– основной закон динамики вращательного движения.

Опытной проверкой этого закона служит прибор – крестообразный маятник Обербека.

Опыт 2.8. Маятник Максвелла

Цель работы: изучить маятник Максвелла. Исследовать влияние лопаточек на движение маятника.

Оборудование:

1. Маятник Максвелла.

2. Лопаточки.

Рис. 38. Маятник Максвелла

Ход работы

Демонстрируется движение маятника Максвелла, то есть колеса с тонкой длинной осью, на конце которой намотаны две нити, закрепленные на штативе.

1. После отпускания маятника нить разматывается, колесо раскручивается, приобретая большую угловую скорость.

2. После прохождения нижней точки движется вверх, наматывая нить на ось. Затем процесс повторяется. Такие колебания могут происходить довольно долго, так как потери энергии при движении маятника малы.

3. Можно увеличить потери энергии за счет трения о воздух, установив на ободе колеса две лопаточки. Если теперь повторить этот опыт в той же последовательности, то мы увидим, что колебания маятника Максвелла будут довольно быстро затухать, поскольку потери энергии в этом случае уже существенно больше.

4. Видим, что после первого подъема высота, на которую маятник поднимается, значительно меньше, чем та высота, с которой он спускался. Дальше колебания достаточно быстро затухают.

Вывод: рассмотрели движение маятника Максвелла. Исследовали влияние лопаточек на движение маятника.

Опыт 2.9. Непослушная катушка

Цель работы: продемонстрировать особенности движения системы в зависимости от того, по каким направлениям действуют силы

Оборудование:

1. Катушка.

2. Нить.

Рис. 39. Катушка

Ход работы

1. Натягиваем нить и катушка катится в одну сторону, натягиваем нить под меньшим углом – катушка катится в другую сторону.

Можно найти такое положение, при котором катушка не катится, а остается на месте.

2. Мгновенная ось катушки проходит по тому месту, где катушка соприкасается со столом. Если нить направлена таким образом, что она проходит через мгновенную ось, то момент силы относительно мгновенной оси равен нулю. В этом случае происходит поворот катушки.

Рис. 40. Чертеж катушки

III закон

Моменты сил, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по величине и противоположны по направлению: . (57)

Согласно этому закону, два взаимодействующих тела всегда вращаются в разных направлениях относительно своих осей вращения.