На этой неделе Прорыв внимательно рассматривает угловой момент. Не кружитесь!
Почему вращающаяся фигуристка ускоряется, когда подтягивает руки ближе к телу? Это то же самое явление, из-за которого карусель в видео вращается быстрее, когда ученики движутся к центру. И это явление на самом деле является одним из фундаментальных принципов физики, известных по всей планете как «сохранение импульса». Здесь, в частности, мы имеем прекрасную демонстрацию сохранения углов. импульс.
Угловой момент — это импульс, содержащийся во вращении объекта. Линейный импульс зависит от линейной скорости объекта и его массы. Однако угловой момент зависит не только от (угловой) скорости и массы вращающегося объекта, но и от распределения этой массы.
Допустим, у вас есть два колеса одинаковой массы. Если одно из колес (назовем его колесом) А) большая часть массы распределена по окружности, оно будет иметь большую инерцию вращения, чем колесо Б, у которого большая часть массы находится ближе к центру. А будет труднее заставить вращаться, чем
Б, но после вращения его будет труднее остановить. (Вы можете попробовать это дома с велосипедными покрышками и кусочками глины. Нанесите равные массы глины на каждую шину. С А поместите все это на внешнюю сторону шины, а на Б наденьте его на спицы возле центра. Обратите внимание, насколько сложнее устать А вращается.) Если оба колеса вращаются с равными угловыми скоростями, то А имеет больший угловой момент из-за большей инерции вращения.Принцип сохранения импульса гласит: при отсутствии внешних сил или моментов, действующих на объект или систему объектов, общий импульс системы останется постоянным. Чтобы заставить карусель вращаться, учащиеся прикладывают к ней внешние крутящие моменты, тем самым ускоряя ее. Они также добавляют массу системе, когда прыгают на нее, но как только все оказываются на карусели, они становятся частью системы. Когда они перемещаются в центр карусели, они не меняют массу системы, а также не могут оказывать на систему никаких внешних сил или моментов. Однако они перераспределяют массу. Поскольку они движутся к центру, они уменьшают инерцию вращения системы. Следовательно, чтобы сохранить угловой момент, колесо должно ускоряться — и, как мы видим, оно так и происходит.
Адам Вайнер — авторНе пытайтесь повторить это дома! Физика голливудских фильмов.