كل جسم له كتلة في الكون له أحمال قصور ذاتي. أي شيء له كتلة يعاني من القصور الذاتي. القصور الذاتي هو مقاومة التغير في السرعة ويرتبط بقانون نيوتن الأول للحركة.
فهم القصور الذاتي مع قانون نيوتن للحركة
قانون نيوتن الأول للحركةتنص على أن الجسم الساكن يبقى في حالة سكون ما لم يتم التصرف بناءً عليه من قبل قوة خارجية غير متوازنة. سيبقى الجسم الذي يخضع لحركة سرعة ثابتة في حالة حركة ما لم يتم التصرف بناءً عليه بواسطة قوة خارجية غير متوازنة (مثل الاحتكاك).
يشار أيضًا إلى قانون نيوتن الأول باسمقانون القصور الذاتي. القصور الذاتي هو مقاومة التغير في السرعة ، مما يعني أنه كلما زاد القصور الذاتي في الجسم ، زادت صعوبة إحداث تغيير كبير في حركته.
صيغة القصور الذاتي
الأجسام المختلفة لها لحظات مختلفة من القصور الذاتي. يعتمد القصور الذاتي على الكتلة ونصف القطر أو طول الجسم ومحور الدوران. يشير ما يلي إلى بعض المعادلات لكائنات مختلفة عند حساب القصور الذاتي للحمل ، من أجل البساطة ، سيكون محور الدوران حول مركز الكائن أو المحور المركزي.
حلقة حول المحور المركزي:
أنا = MR ^ 2
أينأناهي لحظة القصور الذاتي ،مهو الكتلة ورهو نصف قطر الجسم.
أسطوانة حلقية (أو حلقة) حول المحور المركزي:
أنا = \ frac {1} {2} م (R_1 ^ 2 + R_2 ^ 2)
أينأناهي لحظة القصور الذاتي ،مكتلةر1هو نصف القطر على يسار الحلقة ، ور2 هو نصف القطر على يمين الحلقة.
أسطوانة صلبة (أو قرص) حول المحور المركزي:
أنا = \ frac {1} {2} MR ^ 2
أينأناهي لحظة القصور الذاتي ،مهو الكتلة ورهو نصف قطر الجسم.
الطاقة والقصور الذاتي
تُقاس الطاقة بالجول (J) ، وتقاس لحظة القصور الذاتي بالكيلو جرام × م2 أو الكيلوجرامات مضروبة في المتر المربع. طريقة جيدة لفهم العلاقة بين لحظة القصور الذاتي والطاقة هي من خلال المشاكل الفيزيائية على النحو التالي:
احسب عزم القصور الذاتي لقرص تبلغ طاقته الحركية 24400 جول عند الدوران 602 لفة / دقيقة.
الخطوة الأولى في حل هذه المشكلة هي تحويل 602 لفة / دقيقة إلى وحدات SI. للقيام بذلك ، يجب تحويل 602 لفة / دقيقة إلى راديان / ثانية. في دورة واحدة كاملة لدائرة تساوي 2π راد ، وهي دورة واحدة و 60 ثانية في الدقيقة. تذكر أن الوحدات يجب أن تلغي للحصول على rad / s.
602 \ times \ frac {2 \ pi} {60} = 63 \ text {rad / s}
لحظة القصور الذاتي للقرص كما رأينا في القسم السابق هيأنا = 1 / 2MR2
نظرًا لأن هذا الجسم يدور ويتحرك ، فإن العجلة لديها طاقة حركية أو طاقة الحركة. تكون معادلة الطاقة الحركية كما يلي:
KE + \ frac {1} {2} Iw ^ 2
أينKEهي طاقة حركية ،أناهي لحظة القصور الذاتي ، وثهي السرعة الزاوية التي تقاس بـراد / ثانية.
عوض عن 24400 J للطاقة الحركية و 63 rad / s بالسرعة الزاوية في معادلة الطاقة الحركية.
24400 = \ frac {1} {2} أنا (63) ^ 2
اضرب كلا الطرفين في 2.
48800 = أنا (63) ^ 2
ربّع السرعة الزاوية على الجانب الأيمن من المعادلة واقسم على كلا الطرفين.
I = \ frac {48800} {3969} = 12.3 \ text {kgm} ^ 2
تحميل بالقصور الذاتي
الحمل بالقصور الذاتي أوأنايمكن حسابها اعتمادًا على كائن الكتابة ومحور الدوران. غالبية الأجسام التي لها كتلة وبعض الطول أو نصف القطر لها لحظة من القصور الذاتي. فكر في القصور الذاتي على أنه مقاومة للتغيير ، ولكن هذه المرة التغيير هو السرعة. البكرات التي لها كتلة عالية ونصف قطر كبير جدًا سيكون لها عزم قصور ذاتي مرتفع جدًا. قد يتطلب الأمر الكثير من الطاقة لتشغيل البكرة ، ولكن بعد أن تبدأ في الحركة ، سيكون من الصعب إيقاف الحمل بالقصور الذاتي.