Bryła sztywna · Moment pędu bryły sztywnej
Moment pędu bryły sztywnej i zasada zachowania momentu pędu
Moment pędu
Moment pędu opisuje ruch obrotowy względem wybranego punktu : , gdzie prowadzi od do punktu, a jest jego pędem. Wartość wynosi ; zależy od odległości i kierunku ruchu.
Moment pędu
Dla bryły obracającej się wokół stałej osi główną zależnością jest
to moment pędu względem osi, — moment bezwładności względem tej osi, a — prędkość kątowa. Wektor jest równoległy do osi przy obrocie wokół osi głównej.
Moment siły a zmiana momentu pędu
Względem nieruchomego punktu suma zewnętrznych momentów sił równa się szybkości zmiany momentu pędu:
W zapisie przedziałowym oznacza średnią wartość momentu siły. Dla stałej osi i stałego : .
Moment siły a zmiana momentu pędu
Na wykresie nachylenie opisuje moment siły; poziomy wykres oznacza stały moment pędu. Dla stałego momentu bezwładności wykres ma nachylenie , bo .
Zachowanie momentu pędu
Jeśli wypadkowy zewnętrzny moment sił względem danej osi jest zerowy, moment pędu układu względem tej osi pozostaje stały: . Wybierz układ obejmujący wszystkie ciała wymieniające moment pędu.
Zachowanie momentu pędu
Gdy się zmienia, a zewnętrzny moment sił jest zerowy, . Zmniejszenie zwiększa , a zwiększenie ją zmniejsza. oznacza prędkość kątową.
Moment pędu i energia
Energia obrotu wynosi . Przy stałym zmiana zmienia energię: pracę mogą wykonać siły wewnętrzne, np. mięśnie. Samo zachowanie momentu pędu nie oznacza zachowania energii kinetycznej.
Zastosowanie zasady zachowania
Jeśli masa pozostaje stała, a rozkład masy zbliża się do osi, moment bezwładności maleje. Przy braku zewnętrznego momentu pędu obrót przyspiesza. To ta sama zasada, którą wykorzystuje łyżwiarz przyciągający ręce.
Zastosowanie zasady zachowania
Przy zderzeniu z ciałem na osi obrotu rozważ moment pędu względem tej osi: siła reakcji osi nie daje wtedy momentu względem osi. Dla dwóch ciał obracających się razem uwzględnij ich momenty bezwładności oraz zwroty obrotu.
Ważne warunki stosowania
Zanim użyjesz zasady, sprawdź: czy zewnętrzny moment sił jest pomijalny, względem jakiej osi liczysz , czy jest stałe i w którą stronę skierowane są wektory momentu pędu. Przy zderzeniu energia kinetyczna może ulec zmianie.
Wnioski do zapamiętania
Gdy ciało samo zmienia rozkład masy, porównaj energie przez , a nie zakładaj ich równości. W przyciąganiu masy do osi potrzebna jest praca wewnętrzna.
Wnioski do zapamiętania
Punkt poruszający się po linii, która nie przechodzi przez wybrany punkt , może mieć niezerowy moment pędu względem . Moment pędu zależy od wybranego punktu odniesienia.