Διατήρηση γωνιακής ορμής

Η διατήρηση της γωνιακής ορμής είναι μια φυσική ιδιότητα ενός συστήματος περιστροφής στο οποίο το σπιν παραμένει σταθερό μέχρις ότου ασκηθεί από μια εξωτερική ροπή στρέψης. Με άλλα λόγια, η ταχύτητα περιστροφής παραμένει σταθερή όσο η καθαρή ροπή είναι μηδέν.

Η ταχύτητα περιστροφής ενός πράγματος γύρω από έναν άξονα είναι γνωστή ως γωνιακή ορμή, συχνά γνωστή ως σπιν. Τα γυροσκόπια είναι απλές συσκευές που χρησιμοποιούν διατήρηση της γωνιακής ορμής για τη σταθεροποίηση, τον έλεγχο και τη μέτρηση της περιστροφικής κίνησης σε μια ποικιλία συστημάτων. Ο νόμος της διατήρησης της γωνιακής ορμής εξηγεί γιατί μια περιστρεφόμενη κορυφή ή ένα παιχνιδιάρικο γυροσκόπιο παραμένει όρθιο καθώς περιστρέφεται αντί να υποκύψει στη βαρύτητα και να ανατραπεί.

Διατήρηση της γωνιακής ορμής

Η διατήρηση της γωνιακής ορμής είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αρχές διατήρησης στη φυσική που δηλώνουν ότι ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό ενός φυσικού συστήματος παραμένει σταθερό με την πάροδο του χρόνου. Η διατήρηση της γραμμικής ορμής, η διατήρηση της ενέργειας και η διατήρηση του ηλεκτρικού φορτίου είναι οι άλλοι τρεις ακριβείς κανόνες διατήρησης.

Όταν οι τροχοί ενός ποδηλάτου περιστρέφονται μέχρι την ταχύτητα, λειτουργούν σαν γυροσκόπια, διευκολύνοντας το ποδήλατο να παραμείνει όρθιο και δυσκολεύοντας οτιδήποτε να διαταράξει την κίνησή του. Η ικανότητα ενός καλλιτεχνικού πατινάζ να αυξάνει το γύρισμα του σπρώχνοντας τα χέρια του πιο κοντά στο σώμα του, καθώς και η άνοδος στην περιστροφή ενός πλανήτη που βρίσκεται σε τροχιά καθώς πλησιάζει τον ήλιο, είναι και τα δύο παραδείγματα διατήρησης της γωνιακής ορμής στην εργασία. /P>

Η γωνιακή ορμή (επίσης γνωστή ως ροπή ορμής ή περιστροφική ορμή) είναι το περιστροφικό ανάλογο της γραμμικής ορμής στη φυσική. Καθώς είναι ένα διατηρημένο μέγεθος, η συνολική γωνιακή ορμή ενός κλειστού συστήματος παραμένει σταθερή. Είναι μια σημαντική ποσότητα στη φυσική. Τόσο η διεύθυνση όσο και το μέγεθος της γωνιακής ορμής διατηρούνται.

Η διατήρηση της γωνιακής ορμής είναι υπεύθυνη για τις χρήσιμες ιδιότητες των μοτοσικλετών, των φρίσμπι και των σφαιρών. Οι τυφώνες έχουν σπείρες και τα αστέρια νετρονίων έχουν γρήγορους ρυθμούς περιστροφής λόγω της διατήρησης της γωνιακής ορμής. Γενικά, η διατήρηση περιορίζει την πιθανή κίνηση ενός συστήματος αλλά δεν την καθορίζει.

Τύπος για τη διατήρηση της γωνιακής ορμής

Είναι το περιστροφικό ισοδύναμο της γραμμικής ορμής, που συμβολίζεται με το γράμμα l, και η γωνιακή ορμή ενός σωματιδίου σε περιστροφή ορίζεται ως:

l=r×p

Επομένως, στην περίπτωση της γωνιακής ορμής το μέγεθος δίνεται από:

l=rpsinθ

Αν έχουμε ένα εκτεταμένο αντικείμενο, όπως η γη μας, η γωνιακή ορμή υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας τη ροπή αδράνειας (πόση μάζα βρίσκεται σε κίνηση στο αντικείμενο και πόσο απέχει από το κέντρο) με τη γωνιακή ταχύτητα.

Γωνιακή ορμή

Η γωνιακή ορμή είναι μια τεράστια ποσότητα. η συνολική γωνιακή ορμή κάθε σύνθετου συστήματος είναι ίση με το άθροισμα της γωνιακής ορμής των συστατικών στοιχείων του. Η ολική γωνιακή ορμή είναι το ολοκλήρωμα όγκου της πυκνότητας της γωνιακής ορμής (δηλαδή γωνιακή ορμή ανά μονάδα όγκου στο όριο καθώς ο όγκος συρρικνώνεται στο μηδέν) σε ολόκληρο το σώμα για ένα συνεχές άκαμπτο σώμα ή ένα ρευστό.

Με τον ίδιο τρόπο που διατηρείται η γραμμική ορμή απουσία εξωτερικής δύναμης, η γωνιακή ορμή διατηρείται απουσία εξωτερικής ροπής.

Ροπή

Η ροπή, όπως και η δύναμη, ορίζεται ως ο ρυθμός μεταβολής της γωνιακής ορμής. Το άθροισμα όλων των εσωτερικών ροπών σε οποιοδήποτε σύστημα είναι πάντα Μηδέν. Με άλλα λόγια, η καθαρή εξωτερική ροπή σε οποιοδήποτε σύστημα είναι πάντα ίση με τη συνολική ροπή στο σύστημα.

Το περιστροφικό ισοδύναμο της γραμμικής δύναμης ονομάζεται ροπή. Ανάλογα με το αντικείμενο μελέτης, είναι επίσης γνωστή ως η ροπή, η στιγμή της δύναμης, η δύναμη περιστροφής ή το φαινόμενο στροφής. Δηλώνει την ικανότητα μιας δύναμης να προκαλεί αλλαγή στην περιστροφική κίνηση ενός σώματος. Η μελέτη του Αρχιμήδη για τη χρήση μοχλών γέννησε την έννοια. Η ροπή είναι μια συστροφή ενός αντικειμένου γύρω από έναν δεδομένο άξονα, παρόμοια με το πώς μια γραμμική δύναμη είναι μια ώθηση ή ένα τράβηγμα.

Σχέση μεταξύ ροπής και γωνιακής ορμής

Συμπέρασμα

Σε αυτό το άρθρο μελετάμε τη γωνιακή ορμή και τη διατήρηση της γωνιακής ορμής. Η καθαρή γωνιακή ορμή ενός συστήματος παραμένει σταθερή εάν δεν εφαρμόζεται καθαρή εξωτερική ροπή σε αυτό. Η διατήρηση της γωνιακής ορμής περιγράφεται από αυτή τη δήλωση. Είναι ο τρίτος από τους κύριους κανόνες διατήρησης στη μηχανική που θα συναντήσετε (μαζί με τη διατήρηση της ενέργειας και της γραμμικής ορμής). Η διατήρηση της γραμμικής ορμής διαφέρει από τη διατήρηση της γωνιακής ορμής με έναν σημαντικό τρόπο. Η συνολική μάζα ενός συστήματος σωματιδίων δεν μπορεί να αλλάξει.