Ang mahigpit na pisika ng katawan ay ang pag-aaral ng maraming iba't ibang uri ng paggalaw. Ang mga pangunahing ay ang paggalaw ng pagsasalin at pag-ikot sa isang nakapirming axis. Mayroon ding kanilang mga kumbinasyon: libre, flat, curvilinear, uniformly accelerated at iba pang mga varieties. Ang bawat paggalaw ay may sariling mga katangian, ngunit, siyempre, may mga pagkakatulad sa pagitan nila. Isaalang-alang kung anong uri ng paggalaw ang tinatawag na rotational at magbigay ng mga halimbawa ng naturang paggalaw, na gumuhit ng pagkakatulad sa translational movement.
Ang mga batas ng mekanika sa pagkilos
Sa unang tingin, tila lumalabag sa mga batas ng mekanika ang rotational na paggalaw, mga halimbawa nito na ating naobserbahan sa pang-araw-araw na gawain. Ano ang maaaring pagdudahan sa paglabag na ito at anong mga batas?
Halimbawa, ang batas ng pagkawalang-galaw. Anumang katawan, kapag ang hindi balanseng pwersa ay hindi kumikilos dito, ay dapat na nakapahinga o nagsasagawa ng pare-parehong rectilinear na paggalaw. Ngunit kung bibigyan mo ng lateral push ang globo, magsisimula itong umikot. Atito ay malamang na iikot magpakailanman kung ito ay hindi para sa alitan. Tulad ng isang magandang halimbawa ng rotational motion, ang globo ay patuloy na umiikot, hindi napapansin ng sinuman. Ito ay lumiliko na ang unang batas ni Newton ay hindi nalalapat sa kasong ito? Hindi.
Ano ang gumagalaw: isang punto o isang katawan
Ang rotational na paggalaw ay iba sa pasulong na paggalaw, ngunit marami ang pagkakatulad sa pagitan nila. Ito ay nagkakahalaga ng paghahambing at paghahambing ng mga uri na ito, isaalang-alang ang mga halimbawa ng translational at rotational motion. Upang magsimula sa, ang isa ay dapat na mahigpit na makilala sa pagitan ng mga mekanika ng isang materyal na katawan at ang mga mekanika ng isang materyal na punto. Alalahanin ang kahulugan ng translational motion. Ito ay isang paggalaw ng katawan, kung saan ang bawat punto nito ay gumagalaw sa parehong paraan. Nangangahulugan ito na ang lahat ng mga punto ng pisikal na katawan sa bawat partikular na sandali ng oras ay may parehong bilis sa magnitude at direksyon at naglalarawan ng parehong mga tilapon. Samakatuwid, ang paggalaw ng pagsasalin ng katawan ay maaaring ituring bilang ang paggalaw ng isang punto, o sa halip, ang paggalaw ng sentro ng masa nito. Kung ang ibang mga katawan ay hindi kumikilos sa naturang katawan (materyal na punto), kung gayon ito ay nakapahinga, o gumagalaw sa isang tuwid na linya at pare-pareho.
Paghahambing ng mga formula para sa pagkalkula
Ang mga halimbawa ng rotational motion ng mga katawan (globe, gulong) ay nagpapakita na ang pag-ikot ng isang katawan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang angular na bilis. Ipinapahiwatig nito kung saang anggulo ito liliko bawat yunit ng oras. Sa engineering, ang angular velocity ay madalas na ipinahayag sa mga rebolusyon kada minuto. Kung ang angular velocity ay pare-pareho, maaari nating sabihin na ang katawan ay umiikot nang pantay. Kailanang angular velocity ay tumataas nang pare-pareho, pagkatapos ang pag-ikot ay tinatawag na pare-parehong pinabilis. Napakahalaga ng pagkakatulad ng mga batas ng pagsasalin at pag-ikot. Ang mga pagtatalaga ng titik lamang ang naiiba, at ang mga formula ng pagkalkula ay pareho. Ito ay malinaw na nakikita sa talahanayan.
| Pasulong na paggalaw | Paikot na paggalaw | |
|
Bilis v Path s Oras t Pagpapabilis ng |
Angular velocity ω Angular displacement φ Oras t Angular acceleration ą |
|
| s=vt | φ=ωt | |
|
v=at S=at2 / 2 |
ω=ąt φ=ąt2 / 2 |
Lahat ng mga gawain sa kinematics ng parehong translational at rotational motion ay parehong nalulutas gamit ang mga formula na ito.
Tungkulin ng puwersa ng pagdirikit
Ating isaalang-alang ang mga halimbawa ng rotational motion sa physics. Kunin natin ang paggalaw ng isang materyal na punto - isang mabibigat na metal na bola mula sa isang ball bearing. Posible bang gawin itong ilipat sa isang bilog? Kung itulak mo ang bola, ito ay gumulong sa isang tuwid na linya. Maaari mong itaboy ang bola sa paligid ng circumference, na suportahan ito sa lahat ng oras. Ngunit kailangan lamang alisin ng isa ang kanyang kamay, at magpapatuloy siya sa isang tuwid na linya. Mula dito ay sumusunod sa konklusyon na ang isang punto ay maaaring gumalaw sa isang bilog lamang sa ilalim ng pagkilos ng isang puwersa.
Ito ang paggalaw ng isang materyal na punto, ngunit sa isang solidong katawan ay walang isapunto, ngunit isang set. Ang mga ito ay konektado sa isa't isa, habang ang mga cohesive na pwersa ay kumikilos sa kanila. Ang mga puwersang ito ang humahawak sa mga punto sa isang pabilog na orbit. Sa kawalan ng magkakaugnay na puwersa, ang mga materyal na punto ng umiikot na katawan ay lilipad nang hiwalay tulad ng dumi na lumilipad mula sa umiikot na gulong.
Mga linear at angular na bilis
Ang mga halimbawang ito ng rotational motion ay nagbibigay-daan sa amin na gumuhit ng isa pang parallel sa pagitan ng rotational at translational motion. Sa panahon ng paggalaw ng pagsasalin, ang lahat ng mga punto ng katawan ay gumagalaw sa isang tiyak na punto ng oras na may parehong linear na bilis. Kapag ang isang katawan ay umiikot, ang lahat ng mga punto nito ay gumagalaw na may parehong angular na bilis. Sa isang rotational na paggalaw, ang mga halimbawa nito ay ang mga spokes ng isang umiikot na gulong, ang mga angular na bilis ng lahat ng mga punto ng umiikot na spoke ay magiging pareho, ngunit ang mga linear na bilis ay magkakaiba.
Hindi binibilang ang acceleration
Tandaan na sa pare-parehong paggalaw ng isang punto sa kahabaan ng bilog, palaging may acceleration. Ang ganitong acceleration ay tinatawag na centripetal. Nagpapakita lamang ito ng pagbabago sa direksyon ng bilis, ngunit hindi nailalarawan ang pagbabago sa modulo ng bilis. Samakatuwid, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa pare-parehong pag-ikot ng paggalaw na may isang angular na bilis. Sa engineering, na may pare-parehong pag-ikot ng flywheel o rotor ng isang electric generator, ang angular velocity ay itinuturing na pare-pareho. Tanging ang isang pare-parehong bilang ng mga rebolusyon ng generator ay maaaring magbigay ng isang pare-pareho ang boltahe sa network. At ang bilang ng mga rebolusyon ng flywheel ay ginagarantiyahan ang isang maayos at matipid na pagpapatakbo ng makina. Pagkatapos ang rotational motion, ang mga halimbawa nito ay ibinigay sa itaas, ay nailalarawan lamang ng angular velocity, nang hindi isinasaalang-alang ang centripetal acceleration.
Puwersa at sandali nito
May isa pang parallel sa pagitan ng translational at rotational motion - dynamic. Ayon sa ikalawang batas ni Newton, ang acceleration na natanggap ng isang katawan ay tinukoy bilang ang paghahati ng inilapat na puwersa sa pamamagitan ng masa ng katawan. Sa panahon ng pag-ikot, ang pagbabago sa angular velocity ay nakasalalay sa puwersa. Sa katunayan, kapag nag-screwing ng nut, ang mapagpasyang papel ay ginagampanan ng umiikot na pagkilos ng puwersa, at hindi kung saan inilalapat ang puwersang ito: sa nut mismo o sa hawakan ng wrench. Kaya, ang tagapagpahiwatig ng puwersa sa pormula para sa paggalaw ng pagsasalin sa panahon ng pag-ikot ng katawan ay tumutugma sa tagapagpahiwatig ng sandali ng puwersa. Biswal, maaari itong ipakita sa anyo ng isang talahanayan.
| Pasulong na paggalaw | Paikot na paggalaw |
| Power F |
Sandali ng puwersa M=Fl, kung saan l - lakas ng balikat |
| Trabaho A=Fs | Trabaho A=Mφ |
| Power N=Fs/t=Fv | Power N=Mφ/t=Mω |
Miss ng katawan, hugis at moment of inertia
Ang talahanayan sa itaas ay hindi naghahambing ayon sa pormula ng pangalawang batas ni Newton, dahil nangangailangan ito ng karagdagang paliwanag. Kasama sa formula na ito ang isang tagapagpahiwatig ng masa, na nagpapakilala sa antas ng pagkawalang-galaw ng katawan. Kapag ang isang katawan ay umiikot, ang pagkawalang-galaw nito ay hindi nailalarawan sa pamamagitan ng masa nito, ngunit natutukoy ng tulad ng isang dami bilang ang sandali ng pagkawalang-galaw. Ang tagapagpahiwatig na ito ay direktang umaasa hindi gaanong sa timbang ng katawan kundi sa hugis nito. Iyon ay, mahalaga kung paano ipinamamahagi ang masa ng katawan sa kalawakan. Katawan ng iba't ibang mga hugis aymay iba't ibang halaga ng moment of inertia.
Kapag umiikot ang isang materyal na katawan sa paligid ng isang bilog, ang moment of inertia nito ay magiging katumbas ng produkto ng masa ng umiikot na katawan at ang parisukat ng radius ng rotation axis. Kung ang punto ay gumagalaw nang dalawang beses nang mas malayo mula sa axis ng pag-ikot, pagkatapos ay ang sandali ng pagkawalang-galaw at ang katatagan ng pag-ikot ay tataas ng apat na beses. Kaya naman pinalalaki ang mga flywheel. Ngunit imposible ring dagdagan ang radius ng gulong nang labis, dahil sa kasong ito ang centripetal acceleration ng mga punto ng rim nito ay tumataas. Ang magkakaugnay na puwersa ng mga molekula na bumubuo sa acceleration na ito ay maaaring maging hindi sapat upang panatilihin ang mga ito sa isang pabilog na landas, at ang gulong ay babagsak.
Huling paghahambing
Kapag gumuhit ng parallel sa pagitan ng rotational at translational motion, dapat na maunawaan na sa panahon ng pag-ikot, ang papel ng body mass ay ginagampanan ng moment of inertia. Pagkatapos, ang dynamic na batas ng rotational motion, na tumutugma sa pangalawang batas ni Newton, ay magsasabi na ang moment of force ay katumbas ng produkto ng moment of inertia at angular acceleration.
Ngayon ay maaari mo nang ihambing ang lahat ng mga formula ng pangunahing equation ng dynamics, momentum at kinetic energy sa translational at rotational motion, ang mga halimbawa ng kalkulasyon na alam na.
| Pasulong na paggalaw | Paikot na paggalaw |
|
Basic Equation of Dynamics F=ma |
Basic Equation of Dynamics M=Ią |
|
Impulse p=mv |
Impulse p=Iω |
|
Kinetic energy Ek=mv2 / 2 |
Kinetic energy Ek=Iω2 / 2 |
Ang mga progresibo at umiikot na paggalaw ay may maraming pagkakatulad. Kinakailangan lamang na maunawaan kung paano kumikilos ang mga pisikal na dami sa bawat isa sa mga uri na ito. Kapag nilulutas ang mga problema, ginagamit ang halos kaparehong mga formula, na ang paghahambing ay ibinigay sa itaas.
