Айналмалы қозғалыстағы дененің кинетикалық энергиясы. Толық кинетикалық энергия

Қатты денеге күші әсер етсін. Жоғарыда Z осьіне б

айланысты әсер етуші күштің дене қозғалыс траекториясына жанама құраушысы қана айналдырушы момент тудыратынын көрсеткен едік. Өте кіші уақыт ішінде дене шексіз кіші бұрышқа бұрылады. Күш түскен нүкте жолға ығысады (4.1-сур.). Күштің құраушысы доғаға жанама бойынша болып, оның жұмысы мына өрнекпен анықталады.

.

Айналмалы дененің кинетикалық энергиясы оның бөлшектерінің кинетикалық энергияларының қосындысына тең және ( ) өрнекті ескеріп, энергия үшін мына теңдеуді жазуға болады:

Дененің жазықтық бойынша қозғалысы кезінде, мысалға цилиндрдің ілгерілемелі кинетикалық энергиясы және айналмалы қозғалыс энергиясы қосылады: –айналушы дененің массасы; –дененің массалар центрінің жылдамдығы; –массалық центрі арқылы өтетін оське қатысты дененің инерция моменті, – айналу бұрыштық жылдамдығы.

Айналмалы қозғалыстағы дененiң кинетикалық энергиясы:

. Айналмалы қозғалыс кезiнде қатты дененiң кинетикалық энергиясы- оның инерция моментi мен бұрыштық жылдамдығының квадратының көбейтiндiсiнiң жартысына тең

17 Қатты дененің айналмалы қозғалыс динамикасы

Қатты дененің айналмалы қозғалыс динамикасын жылжымайтын осьі бар Обербек маятнигінде бақылауға болады. Оның төрт жағындағы жүк массаларын және және олардың айналу осьіне қатысты симметриялы орналасу нүктелерін

және тәуелсіз өзгертуге болады. Бұл жүктерді өзгерткен кезде бұрыштық жылдамдық қалай өзгеретінін қарастырайық (қалған үшеуі өзгермейді). 1) Егер массаны арттырсақ күшінің әсерінен маятник жылдам айналады, яғни айналып жатқан дененің бұрыштық үдеуі оған әсер етуші күштің шамасына ( ) тәуелді болады. 2) Жіптің ұзындығы артқан сайын маятник жылдам айналады. Демек, айналып жатқан дененің бұрыштық үдеуі оған әсер етуші күштің айналу осі бойынша орналасуына байланысты ( ).

3) Егер -ні арттырсақ маятник ақырын айналады, яғни оның бұрыштық үдеуі азаяды. Демек, айналып жатқан дененің бұрыштық үдеуі оның массасына тәуелді .4) Жүктер ( ) орналасқан қашықтықты -ды арттырсақ маятник баяу айналады. Яғни, айналып жатқан дененің бұрыштық үдеуі оның массасының айналу осі бойынша орналасуына ( ) тәуелді.

Тәжірибе бойынша алынған нәтижеге жаңа екі физикалық шама енгізуімізге тура келеді; біріншісі бірдей уақытта күштің әсер етуін қарастырса, екіншісі айналып тұрған дене массасының бұрыштық жылдамдыққа әсерін сипаттайды. Бұл физикалық шамаларды күш моменті ( ) және инерция моменті ( ) деп аталады.

Күш моменті

Дене айналу үшін оған түсірілетін күш оське байланысты момент тудыруы қажет. күшінің моменті деп қозғалмайтын О (3.2-сур.) нүктесіне қатысты векторды айтамыз.

, (3.1)

мұндағы - күштің түсірілу нүктесінің радиус-векторы. векторы О нүктесі арқылы өтеді. Ол сурет жазықтығына перпендикуляр және бізге қарай бағытталған.

Күш моментінің модулінің теңдеуі:

(3.2)

Мұндағы - күш иіні деп аталады (О нүктесінен күш сызығына жүргізілген перпендикуляр). Қозғалмайтын Z ось айналасында дене айналған кезде айналу моментін оған әсер етуші бір ғана күштің құраушысы тудырады (3.3-суруе), дәлірек айтқанда - нүкте траекториясына жүргізілген жанама. Демек, күшінің моменті О коорданат басына байланысты мынаған тең:

векторының бағыты суретте көрсетілген. Оның модулі мынаған тең: . осі бойынша күш моменті (3.3-сур.) векторының осы оське түсірілген проекциясы.

Ол осі бойынша бағытталған, нақты нүктесі жоқ, оның модулі мынаған тең:

мұндағы – айналу осінен күш сызығына дейінгі қашықтық

18 импульс моменті,

"Қозғалыс мөлшері моменті" деп те аталады, – материалдық нүктенің немесе жүйенің механикалық қозғалысының динамикалық сипаттамаларының бірі. Физикада ол заттың әуелгі нүктеден қозғалу мен ауысуының физикалық шамасы болып, ол классикалық физикада: \mathbf{L} болып өрнектеледі. Күш моменті тәрізді қозғалыс мөлшерінің моменті центрге (нүктеге) және оське де қатысты анықталады.

Материалдық нүктенің центрге (O) қатысты қозғалыс мөлшерінің моменті центрден жүргізілген қозғалыстағы нүктенің радиус-векторының (r) оның қозғалыс мөлшерінің (mυ) векторлық көбейтіндісіне тең: яғни K₀=[r.mυ]. Оны есептеу үшін күш моментін есептеуге арналған барлық формулаларды пайдалануға болады, тек онда F векторын (немесе оның проекцияларын) mυ векторымен (немесе оның проекцияларымен) алмастыру қажет.

Қозғалыс мөлшерінің моментінің өзгерісі түсірілген күш m0(F) моментінің әсерінен болады. Бұл өзгерістің сипаты динамиканың негізгі заңы болып табылатын =m₀F теңдеуімен анықталады. m₀F=0 болған кезде, мысалы, центрлік күштер үшін орындалады, нүктенің O центрге қатысты қозғалыс мөлшерінің моменті өзгеріссіз қалады; нүкте осы кезде жазық қисық бойымен қозғалады және оның радиус-векторы кез келген бірдей уақыт аралықтарында бірдей аудандар сызып өтеді. Бұл нәтиже аспан механикасы үшін, сонымен қатар ғарыш ракеталарының, жердің жасанды серіктері, т.б. қозғалысы үшін маңызды