Τι είναι η γωνιακή ορμή;
Η γωνιακή ορμή είναι το μέτρο του πόση κίνηση έχει μια μάζα όταν κινείται σε κυκλικές τροχιές ή περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της.
Ενώ απολαμβάνετε μια απολαυστική βόλτα σε ένα καρουζέλ, ή όταν οδηγείτε τη μοτοσικλέτα σας στη δουλειά, ή όταν μια μπαλαρίνα περιστρέφεται χαριτωμένα σε κύκλους ή όταν η Γη περιστρέφεται γύρω από το φεγγάρι, αυτό που βιώνουμε είναι η γωνιακή ορμή στη δράση.
Ένα καρουζέλ αποκτά γωνιακή ορμή όταν αρχίζει να περιστρέφεται. (Φωτογραφία:R0macho/Shutterstock)
Η γωνιακή ορμή είναι ένα από τα πιο σημαντικά φυσικά μεγέθη και ποιότητες της φύσης. Στην πραγματικότητα, η διατήρηση της γωνιακής ορμής είναι ο λόγος της ίδιας της ύπαρξής μας.
Ωστόσο, προτού αρχίσουμε να μιλάμε για τη γωνιακή ορμή, ας κάνουμε μια γρήγορη ανακεφαλαίωση της ίδιας της ορμής.
Τι είναι το Momentum;
Στον αθλητισμό, λέμε ότι όταν μια ομάδα αποδίδει πραγματικά καλά σε μια διοργάνωση, θα χρειαστεί τεράστια προσπάθεια από άλλες ομάδες στο μέλλον για να σταματήσει το σερί νικών της.
Μια ομάδα σε νικηφόρο σερί λέγεται ότι έχει αποκτήσει δυναμική. (Φωτογραφία:Jacob Lund/Shutterstock)
Με άλλα λόγια, θα μπορούσατε να πείτε ότι η ορμή καθιστά δύσκολη την αλλαγή της κατάστασης στην οποία βρίσκεται κάποιος αυτήν τη στιγμή.
Έτσι ακριβώς λειτουργεί η ορμή στη φυσική! Ορμή είναι η ποσότητα κίνησης που έχει ένα αντικείμενο. Σκεφτείτε το ως μια αόρατη ποσότητα που αποκτούν τα πράγματα μόλις κινηθούν.
Η ορμή σάς λέει πόσο κινείται μια συγκεκριμένη ποσότητα μάζας. Ακριβώς όπως μια νικήτρια ομάδα χρειάζεται έναν ισχυρότερο αντίπαλο για να σταματήσει τις συνεχόμενες νίκες της στα αθλήματα, όταν ένα αντικείμενο αποκτήσει ορμή, πρέπει να εφαρμόσετε μια εξωτερική δύναμη στο αντικείμενο για να αλλάξετε την κατάστασή του, δηλαδή να το σταματήσετε.
Μια μπάλα αποκτά ορμή λόγω της κίνησής της, την οποία στη συνέχεια μεταφέρει στην επόμενη μπάλα όταν χτυπήσει, θέτοντας την επόμενη μπάλα σε κίνηση. (Φωτογραφία :Phonlamai Photo/Shutterstock)
Άρα η ορμή εξαρτάται από το πόση μάζα υπάρχει και πόσο γρήγορα κινείται αυτή η μάζα, δίνοντας την εξίσωση:
Π σε αυτήν την εξίσωση σημαίνει ορμή (αφού το γράμμα m χρησιμοποιείται ήδη για μάζα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το P για ορμή από τη λατινική λέξη Pellere που σημαίνει «σπρώχνω κάτι με δύναμη»), ενώ v σημαίνει ταχύτητα.
Τα μικρά βέλη στην κορυφή του P και v σημαίνει ότι πρόκειται για διανυσματικά μεγέθη, που σημαίνει ότι έχουν κατεύθυνση καθώς και μέγεθος. Έτσι, όταν μιλάμε για την ορμή κάποιου, αναφέρουμε πόσο από αυτό υπάρχει και προς ποια κατεύθυνση πηγαίνει .
Ένα τρένο έχει τεράστια ορμή προς την κατεύθυνση που κινείται. (Φωτογραφία:Denis Belitsky/Shutterstock)
Τι είναι η γωνιακή ορμή;
Όταν εισαγάγαμε την ορμή, μιλήσαμε για την κίνηση των αντικειμένων σε ευθεία γραμμή, αλλά τι γίνεται αν το αντικείμενο απλώς περιστρέφεται ή περιστρέφεται;
Λοιπόν, όταν ένα αντικείμενο κινείται σε κυκλική διαδρομή, η γωνιακή ορμή αντικαθιστά την κανονική ορμή.
Η Γη κινείται σε κύκλο γύρω από τον ήλιο ενώ ταυτόχρονα περιστρέφεται γύρω από το κέντρο της. Αυτός είναι ο λόγος που έχει γωνιακή ορμή. (Φωτογραφία:grayjay/Shutterstock)
Φανταστείτε έναν κύκλο με μια μικρή κουκκίδα στο κέντρο. Ένα αντικείμενο κινείται στην περίμετρο αυτού του κύκλου. Έχουμε ήδη δει ότι όταν ένα αντικείμενο τίθεται σε κίνηση, αποκτά ορμή, επομένως τώρα που το αντικείμενο κινείται σε κύκλο, θα αποκτήσει γωνιακή ορμή.
Ένα ελαστικό που κινείται στην περίμετρο του κύκλου. (Φωτογραφία :Emre Terim/Shutterstock)
Η γωνιακή ορμή είναι πολύ παρόμοια με την ορμή. Ενώ η ορμή μας λέει πόση κίνηση έχει ένα πράγμα όταν κινείται σε ευθεία γραμμή, η γωνιακή ορμή μας λέει πόση κίνηση έχει ένα αντικείμενο όταν ακολουθεί μια κυκλική διαδρομή .
Ονομάζεται γωνιακό ορμή επειδή η γωνία με την οποία το αντικείμενο κινείται από μια γραμμή αναφοράς αλλάζει συνεχώς.
Η εξίσωση για τη γωνιακή ορμή είναι επίσης πολύ παρόμοια με αυτή της ορμής.
Το γινόμενο της μάζας, η ταχύτητα που έχει το αντικείμενο στην εφαπτομενική διεύθυνση στην Περίμετρο του κύκλου και η ακτίνα του κύκλου δίνουν γωνιακή ορμή.
Ένας άλλος τρόπος για να απεικονίσετε μαθηματικά τη γωνιακή ορμή είναι να χρησιμοποιήσετε τη ροπή αδράνειας , που λειτουργεί ως μάζα για αντικείμενα που κινούνται σε κυκλικές τροχιές και γωνιακή ταχύτητα , το οποίο, όπως υποδηλώνει το όνομα, λειτουργεί ως ταχύτητα για αντικείμενα είτε σε κυκλική είτε σε περιστροφική κίνηση.
Λαμβάνουμε μια εξίσωση πολύ παρόμοια με αυτή της ορμής όταν χρησιμοποιούμε αυτές τις δύο ποσότητες ως:
Όπου εγώ είναι η ροπή αδράνειας και ω είναι η γωνιακή ταχύτητα.
Διατήρηση της γωνιακής ορμής
Η πιο σημαντική ποιότητα της γωνιακής ορμής και ο λόγος που είναι τόσο σημαντική στη ζωή μας είναι ότι διατηρείται. Διατήρηση γωνιακή ορμή σημαίνει ότι η συνολική γωνιακή ορμή μέσα σε ένα σύστημα παραμένει σταθερή, εκτός εάν υπάρχει κάποια εξωτερική ροπή (η οποία είναι η δύναμη που κάνει τα αντικείμενα να περιστρέφονται) που προκαλεί μια αλλαγή. Με άλλα λόγια, η γωνιακή ορμή παραμένει ίδια όσο δεν την ενοχλεί κανείς.
Εάν υπάρχει ένας ορισμένος αριθμός αντικειμένων σε ένα σύστημα (δηλαδή, υπάρχουν κάποια αντικείμενα που κινούνται κοντά), η συνολική γωνιακή ορμή τους θα παραμένει πάντα σταθερή.
Διατήρηση της γωνιακής ορμής από μια μπαλαρίνα κατά την περιστροφή. (Φωτογραφία:VectorMine/Shutterstock)
Μια μπαλαρίνα μπορεί να περιστρέφεται γρηγορότερα όταν τραβήξει τα χέρια της, επειδή όταν η ακτίνα της περιστροφής μειώνεται, η ταχύτητα της περιστροφής αυξάνεται για να διατηρηθεί σταθερή η γωνιακή ορμή (ή με άλλα λόγια, για να βεβαιωθείτε ότι διατηρείται η γωνιακή ορμή) .
Είναι μια συγκλονιστική σκέψη. Είναι σαν η φύση να έχει τη δική της θέληση και να διασφαλίζει τη διατήρηση της γωνιακής ορμής ό,τι κι αν συμβεί, κάνοντας προσαρμογές στην κίνηση των αντικειμένων.
Συμπέρασμα
Μια πολύχρωμη κορυφή που κινείται με γωνιακή ορμή. (Φωτογραφία:Morten Watkins/Shutterstock)
Η γωνιακή ορμή είναι απλώς μια διαφορετική μορφή ορμής, που βιώνεται όταν ένα αντικείμενο κινείται σε κύκλους. Μπορεί να θεωρηθεί ως η ποσότητα που λέει πόση κίνηση κάνει ένα αντικείμενο ενώ κινείται σε μια κυκλική διαδρομή.
