โมเมนต์ความเฉื่อย รายละเอียดบางส่วนของกลศาสตร์ร่างกายที่เข้มงวด

โมเมนต์ความเฉื่อย รายละเอียดบางส่วนของกลศาสตร์ร่างกายที่เข้มงวด
โมเมนต์ความเฉื่อย รายละเอียดบางส่วนของกลศาสตร์ร่างกายที่เข้มงวด
Anonim

หลักการทางกายภาพขั้นพื้นฐานประการหนึ่งของปฏิสัมพันธ์ของวัตถุแข็งคือกฎของความเฉื่อยซึ่งกำหนดโดยไอแซก นิวตันผู้ยิ่งใหญ่ เราพบแนวคิดนี้เกือบตลอดเวลา เนื่องจากแนวคิดนี้มีอิทธิพลอย่างมากต่อวัตถุวัตถุทั้งหมดในโลกของเรา รวมทั้งมนุษย์ด้วย ในทางกลับกัน ปริมาณทางกายภาพเช่นโมเมนต์ความเฉื่อยนั้นเชื่อมโยงกับกฎที่กล่าวถึงข้างต้นอย่างแยกไม่ออก ซึ่งเป็นตัวกำหนดความแข็งแกร่งและระยะเวลาของผลกระทบที่มีต่อวัตถุที่เป็นของแข็ง

โมเมนต์ความเฉื่อย
โมเมนต์ความเฉื่อย

จากมุมมองของกลไก วัตถุที่เป็นวัสดุใดๆ สามารถอธิบายได้ว่าเป็นระบบจุดที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงและมีโครงสร้างที่ชัดเจน (ในอุดมคติ) ระยะห่างระหว่างกันซึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับลักษณะของการเคลื่อนไหว วิธีการนี้ทำให้สามารถคำนวณโมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุแข็งเกือบทั้งหมดได้อย่างแม่นยำโดยใช้สูตรพิเศษ ความแตกต่างที่น่าสนใจอีกอย่างที่นี่คือความจริงที่ว่าสิ่งที่ซับซ้อนใดๆ ที่มีวิถีที่ซับซ้อนที่สุด การเคลื่อนไหวสามารถแสดงเป็นชุดของการเคลื่อนไหวที่เรียบง่ายในอวกาศ: การหมุนและการแปล สิ่งนี้ยังทำให้ชีวิตง่ายขึ้นมากสำหรับนักฟิสิกส์เมื่อคำนวณปริมาณทางกายภาพนี้

โมเมนต์ความเฉื่อยของวงแหวน
โมเมนต์ความเฉื่อยของวงแหวน

เพื่อให้เข้าใจถึงโมเมนต์ความเฉื่อยและอิทธิพลที่มีต่อโลกรอบตัวเรา วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้ตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของความเร็วของรถโดยสาร (การเบรก) ในกรณีนี้ ขาของผู้โดยสารที่ยืนอยู่จะถูกลากไปพร้อมกับการเสียดสีกับพื้น แต่ในขณะเดียวกันจะไม่ส่งผลกระทบใดๆ ต่อลำตัวและศีรษะ อันเป็นผลมาจากการที่พวกมันจะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วที่กำหนดเท่าเดิมเป็นระยะเวลาหนึ่ง ส่งผลให้ผู้โดยสารเอนตัวไปข้างหน้าหรือล้มลง กล่าวอีกนัยหนึ่ง โมเมนต์ความเฉื่อยของขาที่ดับลงโดยแรงเสียดสีบนพื้นจะน้อยกว่าจุดอื่นๆ ของร่างกายอย่างมาก ภาพตรงข้ามจะถูกสังเกตด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของรถบัสหรือรถราง

โมเมนต์ความเฉื่อยสามารถกำหนดเป็นปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับผลรวมของผลิตภัณฑ์มวลเบื้องต้น (จุดแต่ละจุดของวัตถุทึบ) และกำลังสองของระยะห่างจากแกนหมุน จากคำจำกัดความนี้เองที่ลักษณะนี้เป็นปริมาณการเติม พูดง่ายๆ ก็คือ โมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุมีค่าเท่ากับผลรวมของตัวบ่งชี้ที่คล้ายกันของส่วนประกอบต่างๆ: J=J1 + J2 + J 3 + …

โมเมนต์ความเฉื่อยของลูกบอล
โมเมนต์ความเฉื่อยของลูกบอล

พบตัวบ่งชี้สำหรับเนื้อความของเรขาคณิตที่ซับซ้อนนี้ในการทดลอง บัญชีสำหรับคำนึงถึงพารามิเตอร์ทางกายภาพที่แตกต่างกันมากเกินไป รวมถึงความหนาแน่นของวัตถุ ซึ่งสามารถไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่จุดต่างๆ ซึ่งสร้างความแตกต่างที่เรียกว่ามวลในส่วนต่างๆ ของร่างกาย ดังนั้นสูตรมาตรฐานจึงไม่เหมาะกับที่นี่ ตัวอย่างเช่น โมเมนต์ความเฉื่อยของวงแหวนที่มีรัศมีที่แน่นอนและความหนาแน่นสม่ำเสมอซึ่งมีแกนหมุนผ่านจุดศูนย์กลาง สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้: J=mR2. แต่ด้วยวิธีนี้ จะไม่สามารถคำนวณค่านี้สำหรับห่วงได้ ทุกส่วนทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน

และโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกบอลที่มีโครงสร้างแข็งและเป็นเนื้อเดียวกันสามารถคำนวณได้โดยสูตร: J=2/5mR2 เมื่อคำนวณตัวบ่งชี้นี้สำหรับวัตถุที่สัมพันธ์กับแกนหมุนคู่ขนานสองแกน จะมีการแนะนำพารามิเตอร์เพิ่มเติมในสูตร - ระยะห่างระหว่างแกนซึ่งแสดงด้วยตัวอักษร a แกนหมุนที่สองแสดงด้วยตัวอักษร L ตัวอย่างเช่น สูตรอาจมีลักษณะดังนี้: J=L + ma2.

การทดลองอย่างรอบคอบเกี่ยวกับการศึกษาการเคลื่อนที่เฉื่อยของร่างกายและธรรมชาติของการมีปฏิสัมพันธ์กันเกิดขึ้นครั้งแรกโดยกาลิเลโอ กาลิเลอี ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่สิบหกและสิบเจ็ด พวกเขาอนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ผู้ซึ่งอยู่ก่อนเวลาของเขาเพื่อกำหนดกฎพื้นฐานเกี่ยวกับการอนุรักษ์โดยร่างกายของสภาวะที่เหลือหรือการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงที่สัมพันธ์กับโลกในกรณีที่ไม่มีวัตถุอื่นกระทำการกับพวกมัน กฎความเฉื่อยกลายเป็นขั้นตอนแรกในการสร้างหลักการทางกายภาพพื้นฐานของกลศาสตร์ ซึ่งในขณะนั้นยังคลุมเครือ คลุมเครือ และคลุมเครือโดยสิ้นเชิง ต่อมา นิวตัน ได้กำหนดกฎการเคลื่อนที่ทั่วไปร่างกาย รวมทั้งกฎความเฉื่อย