Угловая механика

В физике угловая механика — это область механики , изучающая вращательное движение. Он изучает такие вещи, как угловой момент , угловая скорость и крутящий момент . Он также изучает более сложные вещи, такие как сила Кориолиса. ^[1] и Угловая аэродинамика . Он используется во многих областях, таких как изготовление игрушек, аэрокосмическая техника и авиация .

Приложения

Авиация

В авиации применяется угловая механика. Пропеллеры вращаются, создавая угловой момент. Благодаря инерции он направляет воздух назад и удерживает самолет в вертикальном положении, одновременно толкая его вперед. ^[2] При этом используется угловая механика, особенно крутящий момент и угловой момент .

Изготовление игрушек

Многие игрушки созданы с учетом угловой механики. К таким игрушкам относятся гироскопы , волчки и йо-йо . Когда вы вращаете игрушку, вы прикладываете силу к обеим сторонам. ^[3] (Толкать и тянуть соответственно). Это заставляет верх вращаться. Согласно третьему закону движения Ньютона, ^[3] волчок будет продолжать вращаться до тех пор, пока на него не будет действовать сила. Поскольку все силы, уравновешивающие гравитацию, он останется в вертикальном положении.

Аэрокосмическая техника

В аэрокосмической технике имеют в виду угловую механику. Там, где МКС расположена , гравитация Земли составляет около 90%. ^[4] Причина, по которой МКС не падает, связана с угловым моментом . ^{[ нужна ссылка ]}

Уравнения

В угловой механике существует множество уравнений. Большинство из них объясняют природу вращательного движения. ^[5]

Крутящий момент

Уравнение крутящего момента очень важно в угловой механике. Крутящий момент представляет собой вращающую силу и определяется векторным произведением . Это делает его псевдовектором .

$\tau =r\times f$

где $\tau$ — крутящий момент , r — радиус , а $\times$ является перекрестным произведением . Другой вариант этого уравнения:

$\tau =rF\sin(\theta )$

Где $\tau$ — крутящий момент , r — радиус , F — сила и $\theta$ - угол между двумя векторами.

Угловая скорость

Уравнение угловой скорости широко используется в понимании механики вращения.

$\omega =d\theta /dt$

где $\omega$ и угловая скорость $\theta$ есть угол .

Угловое ускорение

$\alpha =d\omega /dt$

где $\alpha$ - угловое ускорение , а $\omega$ скорость угловая

Планетарное движение

Когда планеты вращаются, они генерируют угловой момент . Это приводит к тому, что планета становится слегка овальной формы и вызывает деформации. ^[6] на планете. Другой пример угловой механики в движении планет — вращение вокруг звезды. Из-за скорости орбиты они не падают на свою звезду.

Земля

Земля движется вокруг своей оси со скоростью 1667,9239 километров в час. ^[7] Из-за этого на экваторе вы весите меньше, чем на полюсах. ^[6] из-за эффекта Кориолиса . ^[1] Еще одна вещь, вызванная эффектом Кориолиса на Земле, — это деформация Земли. Из-за этого вы находитесь дальше от центра Земли на экваторе, чем от полюсов. ^[6] Орбитальная скорость Земли составляет примерно 30 (точнее, 29,80565528) километров в секунду. ^[8] Это заставляет Землю вращаться по идеальной орбите вокруг Солнца.

Луна

Луна вращается вокруг Земли со скоростью около километра в секунду (точнее, 0,9204818658 км/с). ^[9] Но он также заблокирован приливами . Он генерирует достаточный вращательный момент , чтобы находиться на точном расстоянии, на котором он вращается так же быстро, как и вращается.

История

Угловая механика имеет богатую историю.

~ 500 г. до н. э. – 323 г. до н. э.

В Древней Греции были найдены люди, играющие с йо-йо . Хотя древние греки мало что знали об угловом моменте , они были очарованы его способностью сохранять устойчивость во время вращения. ^[10]

~1295-1358

Жан Буридан открыл импульс , в том числе угловой момент . , французский философ , при жизни ^[11]

~1642-1727

Когда Исаак Ньютон открыл свои законы движения , другие люди построили на основе его законов законы вращения. ^[12]

1743

Вдохновленный законами вращения, Джон Серсон изобрел гироскоп в 1743 году. ^[13]

Законы вращения

Второй закон Эйлера

Второй закон Эйлера гласит, что скорость изменения вращательного момента вокруг точки, зафиксированной в любой инерциальной системе отсчета, равна сумме любых внешних моментов, действующих на это тело в этой точке пространства. ^[14]

Законы движения Ньютона

Источники: ^[5]

Законы движения Ньютона можно перевести в законы вращения.

Первый закон

Объект, находящийся в состоянии покоя, имеет тенденцию оставаться в состоянии покоя, но объект, находящийся во вращательном движении, будет продолжать вращаться, если на него не будет действовать сила.

Второй закон

Угловое ускорение равно чистому крутящему моменту и обратно пропорционально моменту инерции .

Третий закон

На каждое действие есть равное и противоположное противодействие.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Сила Кориолиса | Описание, примеры и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 10 декабря 2023 г.
^ «Пропеллеры | Как все летает» . Howthingsfly.si.edu . Проверено 10 декабря 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Наука, лежащая в основе вращения: объяснение физики волчков» . Брюс Чарльз Дизайнс . Проверено 10 декабря 2023 г.
^ Милнер, Ричард (14 января 2021 г.). «Настоящая причина, по которой астронавты плавают, не в гравитации» . Гранж . Проверено 10 декабря 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Элерт, Гленн (2023), «Вращательная динамика» , Гиперучебник по физике , гиперучебник , получено 10 декабря 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Вы меньше весите в разных местах Земли? ⚖️ с Нилом Деграссом Тайсоном , получено 10 декабря 2023 г.
^ Элерт, Гленн (2023), «Астрономические данные» , Гиперучебник по физике , гиперучебник , получено 10 декабря 2023 г.
^ Уррутиа, Дорис Элин; обновлено, последнее Элизабет Хауэлл (21 января 2022 г.). «Как быстро движется Земля?» . Space.com . Проверено 10 декабря 2023 г.
^ «Лунное расстояние» , Arc.Ask3.Ru , 5 декабря 2023 г. , получено 10 декабря 2023 г.
^ «Он не изобрел йо-йо, но точно сделал его знаменитым» . МысльКо . Проверено 10 декабря 2023 г.
^ «Кто изобрел/открыл угловой момент?» . Обмен стеками по истории науки и математики . Проверено 10 декабря 2023 г.
^ «Исаак Ньютон | Биография, факты, открытия, законы и изобретения | Британника» . www.britanica.com . 15 ноября 2023 г. Проверено 10 декабря 2023 г.
^ «Гироскоп» , Arc.Ask3.Ru , 13 ноября 2023 г. , получено 10 декабря 2023 г.
^ «Законы движения Эйлера» , Arc.Ask3.Ru , 12 апреля 2023 г. , получено 10 декабря 2023 г.

[britannica.com-1] Jump up to: ^а ^б «Сила Кориолиса | Описание, примеры и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 10 декабря 2023 г.

[2] «Пропеллеры | Как все летает» . Howthingsfly.si.edu . Проверено 10 декабря 2023 г.

[:0-3] Jump up to: ^а ^б «Наука, лежащая в основе вращения: объяснение физики волчков» . Брюс Чарльз Дизайнс . Проверено 10 декабря 2023 г.

[4] Милнер, Ричард (14 января 2021 г.). «Настоящая причина, по которой астронавты плавают, не в гравитации» . Гранж . Проверено 10 декабря 2023 г.

[Elert_2023-5] Jump up to: ^а ^б Элерт, Гленн (2023), «Вращательная динамика» , Гиперучебник по физике , гиперучебник , получено 10 декабря 2023 г.

[youtube.com-6] Jump up to: ^а ^б ^с Вы меньше весите в разных местах Земли? ⚖️ с Нилом Деграссом Тайсоном , получено 10 декабря 2023 г.

[7] Элерт, Гленн (2023), «Астрономические данные» , Гиперучебник по физике , гиперучебник , получено 10 декабря 2023 г.

[8] Уррутиа, Дорис Элин; обновлено, последнее Элизабет Хауэлл (21 января 2022 г.). «Как быстро движется Земля?» . Space.com . Проверено 10 декабря 2023 г.

[9] «Лунное расстояние» , Arc.Ask3.Ru , 5 декабря 2023 г. , получено 10 декабря 2023 г.

[10] «Он не изобрел йо-йо, но точно сделал его знаменитым» . МысльКо . Проверено 10 декабря 2023 г.

[11] «Кто изобрел/открыл угловой момент?» . Обмен стеками по истории науки и математики . Проверено 10 декабря 2023 г.

[12] «Исаак Ньютон | Биография, факты, открытия, законы и изобретения | Британника» . www.britanica.com . 15 ноября 2023 г. Проверено 10 декабря 2023 г.

[13] «Гироскоп» , Arc.Ask3.Ru , 13 ноября 2023 г. , получено 10 декабря 2023 г.

[14] «Законы движения Эйлера» , Arc.Ask3.Ru , 12 апреля 2023 г. , получено 10 декабря 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]