Իներցիայի պահ. Կոշտ մարմնի մեխանիկայի որոշ մանրամասներ

Իներցիայի պահ. Կոշտ մարմնի մեխանիկայի որոշ մանրամասներ
Իներցիայի պահ. Կոշտ մարմնի մեխանիկայի որոշ մանրամասներ
Anonim

Պինդ մարմինների փոխազդեցության հիմնական ֆիզիկական սկզբունքներից մեկը իներցիայի օրենքն է, որը ձևակերպել է մեծ Իսահակ Նյուտոնը: Մենք գրեթե անընդհատ հանդիպում ենք այս հայեցակարգին, քանի որ այն չափազանց մեծ ազդեցություն ունի մեր աշխարհի բոլոր նյութական առարկաների, այդ թվում՝ մարդկանց վրա: Իր հերթին, այնպիսի ֆիզիկական մեծություն, ինչպիսին է իներցիայի մոմենտը, անքակտելիորեն կապված է վերը նշված օրենքի հետ, որը որոշում է պինդ մարմինների վրա դրա ազդեցության ուժն ու տևողությունը։

Իներցիայի պահ
Իներցիայի պահ

Մեխանիկայի տեսանկյունից ցանկացած նյութական առարկա կարելի է բնութագրել որպես կետերի անփոփոխ և հստակ կառուցվածքային (իդեալականացված) համակարգ, որոնց միջև փոխադարձ հեռավորությունները չեն փոխվում՝ կախված դրանց շարժման բնույթից։ Այս մոտեցումը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ հաշվարկել գրեթե բոլոր պինդ մարմինների իներցիայի պահը՝ օգտագործելով հատուկ բանաձևեր։ Այստեղ ևս մեկ հետաքրքիր նրբերանգ էԱյն փաստը, որ ցանկացած բարդ, ունենալով ամենաբարդ հետագիծը, շարժումը կարող է ներկայացվել որպես տարածության մեջ պարզ շարժումների մի շարք՝ պտտվող և թարգմանական: Սա նաև շատ ավելի հեշտ է դարձնում ֆիզիկոսների կյանքը այս ֆիզիկական մեծությունը հաշվարկելիս:

Իներցիայի օղակի պահը
Իներցիայի օղակի պահը

Հասկանալու համար, թե որն է իներցիայի պահը և որն է դրա ազդեցությունը մեզ շրջապատող աշխարհի վրա, ամենահեշտն է օգտագործել մարդատար մեքենայի արագության կտրուկ փոփոխության օրինակը (արգելակում): Այս դեպքում, կանգնած ուղևորի ոտքերը հատակին շփման պատճառով կքաշվեն: Բայց միևնույն ժամանակ իրանի և գլխի վրա ոչ մի հարված չի հասցվի, ինչի արդյունքում նրանք որոշ ժամանակ կշարունակեն շարժվել նույն նշված արագությամբ։ Արդյունքում ուղեւորը կթեքվի առաջ կամ կընկնի։ Այլ կերպ ասած, հատակի վրա շփման ուժով մարված ոտքերի իներցիայի պահը զգալիորեն փոքր կլինի մարմնի մնացած կետերից։ Հակառակ պատկերը կնկատվի ավտոբուսի կամ տրամվայի մեքենայի արագության կտրուկ աճով։

Իներցիայի մոմենտը կարելի է ձևակերպել որպես ֆիզիկական մեծություն, որը հավասար է տարրական զանգվածների (պինդ մարմնի այդ առանձին կետերի) արտադրյալների գումարին և պտտման առանցքից դրանց հեռավորության քառակուսուն։ Այս սահմանումից բխում է, որ այս հատկանիշը հավելյալ մեծություն է։ Պարզ ասած՝ նյութական մարմնի իներցիայի պահը հավասար է նրա մասերի համանման ցուցիչների գումարին. J=J1 + J2 + J 3 + …

Գնդակի իներցիայի պահը
Գնդակի իներցիայի պահը

Բարդ երկրաչափության մարմինների այս ցուցանիշը հայտնաբերվել է փորձարարական եղանակով: հաշվի համարհաշվի են առնում չափազանց շատ տարբեր ֆիզիկական պարամետրեր, ներառյալ առարկայի խտությունը, որը կարող է անհամասեռ լինել տարբեր կետերում, ինչը ստեղծում է այսպես կոչված զանգվածային տարբերություն մարմնի տարբեր հատվածներում: Համապատասխանաբար, ստանդարտ բանաձեւերը այստեղ հարմար չեն: Օրինակ, որոշակի շառավղով և միատեսակ խտությամբ օղակի իներցիայի պահը, որն ունի իր կենտրոնով անցնող պտտման առանցք, կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով. J=mR2. Բայց այս կերպ հնարավոր չի լինի հաշվարկել այս արժեքը օղակի համար, որի բոլոր մասերը պատրաստված են տարբեր նյութերից։

Իսկ պինդ և միատարր կառուցվածքով գնդակի իներցիայի պահը կարելի է հաշվել բանաձևով՝ J=2/5mR2: Այս ցուցանիշը պտտման երկու զուգահեռ առանցքների համեմատ մարմինների համար հաշվարկելիս բանաձևում ներմուծվում է լրացուցիչ պարամետր՝ առանցքների միջև հեռավորությունը, որը նշվում է a տառով: Պտտման երկրորդ առանցքը նշվում է L տառով: Օրինակ, բանաձևը կարող է այսպիսի տեսք ունենալ. J=L + ma2.

Մարմինների իներցիոն շարժման և նրանց փոխազդեցության բնույթի ուսումնասիրության վերաբերյալ զգույշ փորձեր առաջին անգամ կատարվել են Գալիլեո Գալիլեյի կողմից տասնվեցերորդ և տասնյոթերորդ դարերի վերջում: Նրանք թույլ տվեցին մեծ գիտնականին, ով իր ժամանակից առաջ էր, սահմանել հիմնական օրենքը ֆիզիկական մարմինների կողմից Երկրի նկատմամբ հանգստի կամ ուղղագիծ շարժման պահպանման մասին՝ դրանց վրա գործող այլ մարմինների բացակայության դեպքում: Իներցիայի օրենքը դարձավ առաջին քայլը մեխանիկայի հիմնական ֆիզիկական սկզբունքների հաստատման համար, որոնք այն ժամանակ դեռ լիովին անորոշ, անորոշ և անհասկանալի էին: Այնուհետև Նյուտոնը, ձևակերպելով շարժման ընդհանուր օրենքներըմարմիններ, որոնց թվում ներառված է իներցիայի օրենքը։

Խորհուրդ ենք տալիս: