
Вращательное движение
Для вращения существуют угловые аналоги положения, скорости, ускорения, инертности, действия силы и импульса.
1. Угловые величины
Угловое перемещение θ измеряется в радианах, один оборот равен 2π рад. Угловая скорость ω = Δθ/Δt, угловое ускорение α = Δω/Δt. Для точки на радиусе r длина дуги s = rθ, касательная скорость v = rω, касательное ускорение at = rα. Все точки твёрдого тела имеют одинаковую ω, но их линейные скорости различаются при разных радиусах.
2. Момент силы и момент инерции
Перпендикулярная радиусу сила создаёт наибольшее вращающее действие: τ = rF sin θ. Второй закон для вращения: Στ = Iα. Момент инерции I показывает сопротивление угловому ускорению и зависит от распределения массы относительно оси. Для точечных масс I = Σmr²; перенос той же массы дальше от оси заметно увеличивает I из-за квадрата радиуса.
3. Угловой момент и энергия
Для твёрдого тела вокруг закреплённой главной оси L = Iω. Внешний результирующий момент изменяет L: Στ = ΔL/Δt. При пренебрежимо малом внешнем моменте Iiωi = Ifωf. Кинетическая энергия вращения Krot = ½Iω². Угловой момент может сохраняться, а энергия изменяться, если внутренние силы совершают работу.
Алгоритм
- Выберите ось и положительное направление.
- Переведите углы в радианы и укажите радиусы.
- Вычислите моменты со знаками и нужный I.
- Примените Στ = Iα, сохранение L или энергию.
- Проверьте единицы: рад/с, рад/с², Н·м, кг·м² и Дж.