Кинематические характеристики
Вращение
характеризуется углом
,
измеряющимся в градусах или радианах, угловой
скоростью
(измеряется
в рад/с) и угловым
ускорением
(единица
измерения — рад/с²).
При равномерном вращении (T — период вращения),
Частота вращения (угловая частота) — число оборотов в единицу времени.
,
Период вращения —
время одного полного оборота.
Период вращения
и
его частота
связаны
соотношением
.
Линейная скорость точки, находящейся на расстоянии R от оси вращения
,
Угловая скорость вращения тела — векторная величина.
.
Динамические характеристики[править | править вики-текст]
Свойства твердого тела при его вращении описываются моментом инерции твёрдого тела. Эта характеристика входит в дифференциальные уравнения, полученные из уравнений Гамильтона или Лагранжа. Кинетическую энергию вращения можно записать в виде:
.
В
этой формуле момент инерции играет роль
массы, а угловая скорость — роль
скорости. Момент инерции выражает
геометрическое распределение массы в
теле и может быть найден из формулы
.
Момент инерции механической системы относительно неподвижной оси a («осевой момент инерции») — физическая величина Ja, равная сумме произведений масс всех n материальных точек системы на квадраты их расстояний до оси:
,
где: mi — масса i-й точки, ri — расстояние от i-й точки до оси.
|
система |
ось |
Момент инерции |
|
Точка по окружности |
Ось симметрии |
mR2 |
|
Стержень |
Через середину |
1/12mR2 |
|
Стержень |
Через конец |
1/3mR2 |
|
Шар |
Через центр шара |
2/5mR2 |
|
Сфера |
Через центр сферы |
2/3mR2 |
|
Кольцо или тонкостенный цилиндр |
Ось симметрии |
mR2 |
|
Диск, сплошной цилиндр |
Ось симметрии |
1/2mR2 |
Инерция — это свойство тела сохранять свою скорость движения неизменной (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения тела, на него необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают разной инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их скорости. Величина инертности характеризуется массой тела.
Первый закон Ньютона
|
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. |
|
|
|
|
Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).
Масса материальной точки при этом полагается величиной постоянной во времени и независящей от каких-либо особенностей её движения и взаимодействия с другими телами[4][5][6][7].
|
В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе. |
При подходящем выборе единиц измерения, этот закон можно записать в виде формулы:
![]()
где
— ускорение материальной
точки;
—
равнодействующая всех сил,
приложенных к материальной
точке;
— масса материальной
точки.
Второй закон Ньютона может быть также сформулирован в эквивалентной форме с использованием понятия импульс:
|
В инерциальной системе отсчета скорость изменения импульса материальной точки равна равнодействующей всех приложенных к ней внешних сил.
|
где
— импульс точки,
—
её скорость,
а
— время.
При такой формулировке, как и при
предшествующей, полагают, что масса
материальной точки неизменна во времени
