Момент на инерция. Някои подробности за механиката на твърдите вещества

Един от основните физически принципи на взаимодействието на твърдите вещества е инерционен закон, формулирана още велико Исак Нютон. С това понятие се срещаме почти постоянно, тъй като оказва изключително голямо влияние върху всички материални обекти на нашия свят, включително и на човека. На свой ред това физическо количество, като момент на инерция, е неразривно свързан с гореспоменатия закон, определящ силата и продължителността на въздействието му върху твърдите вещества.

От гледна точка на механиката всеки материал може да бъде описан като неизменна и ясно структурирана (идеализирана) система от точки, взаимните разстояния между които не се различават в зависимост от естеството на своето движение. Подобен подход ни позволява точно да изчисляваме със специалните формули инерционния момент на практически всички твърди вещества. Друг интересен нюанс тук е, че всеки комплекс, имащ най-сложна траекторията на движението може да бъде представена като набор от прости изменения в пространството: ротационно и транслационно. Това значително улеснява живота на физиците при изчисляването на дадено физическо количество.

Разберете какво точно е моментът на инерция и какво е нейното въздействие върху света около нас е най-лесно с примера за внезапна промяна в скоростта на пътническия автомобил (спиране). В този случай нозете на един стоящ пасажер на пода ще се отдръпнат. Но по този начин върху багажника и главата няма да се окаже влияние, поради това, че от известно време ще продължат движението с определена скорост. В резултат на това пътникът ще се наведе напред или надолу. С други думи, моментът на инерция на краката, погасен силата на триене за секса, ще бъде значително по-малко от другите точки на тялото. Обратната снимка ще бъде наблюдавана при рязко увеличаване на скоростта на автобусната или трамвайната кола.

Инерционният момент може да бъде формулиран като физическо количество, равно на сумата от продуктите на елементарните маси (същите тези отделни точки на твърдо вещество) на квадрат от тяхното разстояние от оста на въртене. От това определение следва, че тази характеристика е добавъчно количество. Просто казано, инерционният момент на материално тяло е равен на сумата от аналогичните показатели на неговите части: J = J₁ + J₂ + J₃ +...

Този показател за тела с комплексна геометрия се намира експериментално. Трябва да вземем предвид твърде много различни физически параметри, включително плътността на обекта, които могат да бъдат нехомогенни в различни точки от него, което създава така наречената разлика в масата в различните сегменти на тялото. Съответно стандартните формули не са подходящи тук. Например моментът на инерция на пръстен с определен радиус и хомогенна плътност, имащ ос на въртене, минаваща през неговия център, може да се изчисли по следната формула: J = mR². Но по този начин няма да е възможно да се изчисли тази стойност за обръч, всички части от които са изработени от различни материали.

А моментът на инерция на топка с непрекъсната и хомогенна структура може да се изчисли по формулата: J = 2 / 5mR². При изчисляване на този индекс за телата по отношение на две успоредни оси на въртене, във формулата се въвежда допълнителен параметър - разстоянието между осите, обозначено с буквата а. Втората ос на въртене се обозначава с буквата L. Например, формулата може да има следната форма: J = L + ma².

Внимателните експерименти върху изучаването на инерционното движение на телата и естеството на тяхното взаимодействие бяха направени за пръв път от Галилео Галилей на кръстопътя на шестнадесети и седемнадесети век. Те позволиха на великия учен, който беше преди това, да установи основния закон за запазването на физическото състояние на покойното или праволинейно движение На Земята при липсата на въздействие върху тях на други тела. Законът за инерцията е първата стъпка в установяването на основните физически принципи на механиката, макар и все още напълно неясни, неясни и неясни. Впоследствие, Нютон, формулиращ общите закони на движение на телата, включени в техния брой и в инерционния закон.