Jedním ze základních fyzikálních zákonů popisujících rotační pohyb pevné látky je zákon dynamiky rotačního pohybu. Tento zákon je jako Newtonův zákon, který známe, který popisuje pohyb tělesa v prostoru, ale funguje pro rotační pohyby.
Základní zákon dynamiky rotačního pohybu tvrdí, že moment síly působící na pevnou látku se rovná součinu momentu setrvačnosti tělesa na jeho Úhlové zrychlení. Moment setrvačnosti je měřítkem odporu tělesa ke změně jeho rotačního stavu vzhledem k určité ose. Úhlové zrychlení určuje, jak rychle se mění úhlová rychlost těla.
Vzorec základního zákona dynamiky rotačního pohybu:M = i * α
M - moment síly působící na pevné těleso;
I - Moment setrvačnosti těla;
α - Úhlové zrychlení těla.
Pomocí tohoto vzorce můžeme vypočítat okamžik síly potřebný ke změně rychlosti rotace pevné látky a také pochopit, jak se úhlová rychlost změní při daných hodnotách momentu síly a momentu setrvačnosti.
Co je rotační pohyb
Osa otáčení může být pevná nebo se může v průběhu času měnit. Pokud například otočíte rukojetí kola, osa otáčení bude procházet rukojetí. Pokud točíte samotné kolo kolem svislé osy, bod dotyku kol se zemí bude sloužit jako osa otáčení.
Rotační pohyb je popsán několika základními parametry, jako je úhlová rychlost, Úhlové zrychlení a moment síly. Úhlová rychlost ukazuje, jak rychle se těleso otáčí kolem osy. Úhlové zrychlení je změna úhlové rychlosti v průběhu času.
Moment síly je fyzikální veličina, která popisuje rotační působení síly kolem osy rotace. Je definován jako součin síly na rameno, který se rovná vzdálenosti od osy rotace k linii působení síly. Moment síly je analogem síly v přímočarém pohybu a jeho měrnou jednotkou je newtonmetr (n*m).
Definice a příklady
Základní zákon dynamiky rotačního pohybu pro pevnou látku tvrdí, že v přítomnosti vnějšího momentu sil získá pevná látka Úhlové zrychlení úměrné tomuto momentu a nepřímo úměrné momentu setrvačnosti tělesa. Vzorec pro základní zákon dynamiky rotačního pohybu je následující:
| Formule | Popis |
|---|---|
| M = Iα | Základní zákon dynamiky rotačního pohybu |
- M-moment síly nebo vnější moment působící na tělo;
- I-Moment setrvačnosti pevné látky;
- α-Úhlové zrychlení těla.
Tento zákon může být použit v různých situacích, včetně otáčení kola, kroucení volantu vozidla nebo otáčení setrvačníku. Například při otáčení kola vytváří síla aplikovaná na jeho ráfek moment síly, který způsobuje Úhlové zrychlení kola vzhledem k ose otáčení.
Jaké parametry určují rotační pohyb
Rotační pohyb pevné látky je definován několika parametry:
Moment setrvačnosti (I): Moment setrvačnosti je mírou setrvačnosti tělesa vzhledem k ose rotace a je určen distribucí hmotnosti kolem této osy. Čím větší je Moment setrvačnosti, tím těžší je změnit rychlost otáčení těla. Moment setrvačnosti se měří v kilogramech na metr čtvereční.
Úhlová rychlost (ω): Úhlová rychlost určuje velikost a směr rotace tělesa a měří se v radiánech za sekundu. Čím větší je úhlová rychlost, tím rychleji se tělo otáčí.
Moment síly (τ): Moment síly je točivý moment, který působí na tělo a způsobuje jeho rotaci. Moment síly závisí na síle aplikované na tělo a vzdálenosti od osy rotace k bodu aplikace síly. Moment síly se měří v Newtonech na metr.
Úhlové zrychlení (α): Úhlové zrychlení určuje změnu úhlové rychlosti v průběhu času a měří se v radiánech za sekundu na druhou. Úhlové zrychlení je spojeno s momentem síly a momentem setrvačnosti prostřednictvím základního zákona dynamiky rotačního pohybu.
Tyto parametry jsou vzájemně propojeny prostřednictvím základního zákona dynamiky rotačního pohybu, který říká: moment síly se rovná součinu momentu setrvačnosti na Úhlové zrychlení (τ = i * α).