회전 운동 (물리): 정의 및 중요한 이유

아마도 당신은 세계에서 당신의 움직임과 일반적으로 물체의 움직임을 일련의 대부분의 관점에서 생각할 것입니다. 직선: 장소를 이동하기 위해 직선 또는 곡선 경로를 걷습니다. 하늘; 건축, 인프라 및 기타 분야에서 전 세계적으로 중요한 기하학의 대부분은 각도와 신중하게 배열 된 선에 기반합니다. 얼핏 보면 삶은 각도 (또는 회전) 운동보다 선형 (또는 병진) 운동이 훨씬 더 풍부 해 보일 수 있습니다.

많은 인간의 인식과 마찬가지로, 이것은 각 사람이 그것을 경험하는 한 크게 오해의 소지가 있습니다. 당신의 감각이 세계를 해석하는 구조이기 때문에 당신이 그 세계를 탐색하는 것은 당연합니다.앞으로과뒤과권리과왼쪽과쪽으로과하위. 그러나 그것은 아니었다회전 운동– 즉, 고정 된 축을 중심으로 한 움직임 – 우주가 없거나 적어도 물리학 애호가가 환대하거나 인식 할 수있는 것은 하나도 없을 것입니다.
좋아요, 그래서 일이 회전하고 일반적으로 이동합니다. 그게 뭐야? 글쎄요, 회전 운동에 대한 큰 시사점은 다음과 같습니다. 1) 세계에서 수학적 유사점을 가지고 있습니다.선의또는병진 운동물리학 자체가 "설정"되는 방식을 보여주기 때문에 다른 하나의 맥락에서 하나를 연구하는 것은 매우 유용합니다. 그리고 2) 회전 운동을 구분하는 것들은 배우는 데 매우 중요합니다.

회전 동작은 원형 경로에서 회전하거나 움직이는 모든 것을 말합니다. 각도 운동 또는 원 운동이라고도합니다. 움직임은 균일 할 수 있습니다 (즉, 속도V변경되지 않음) 또는 균일하지 않지만 원형이어야합니다.

• 지구와 태양 주위의 다른 행성의 혁명은 단순성을 위해 원형으로 취급 될 수 있습니다. 그러나 행성 궤도는 실제로 타원형 (약간 타원형)이므로 회전의 예가 아닙니다. 운동.

물체는 직선 운동을하면서 회전 할 수 있습니다. 공기를 통해 원호를 그리거나 거리를 따라 굴러가는 바퀴처럼 팽이처럼 회전하는 축구를 생각해보십시오. 과학자들은 이러한 종류의 운동을 개별적으로 고려합니다. 왜냐하면 그것들을 해석하고 설명하기 위해서는 별도의 방정식 (하지만 다시 말하지만 매우 유사 함)이 필요하기 때문입니다.

실제로 변환 또는 변환과는 반대로 해당 개체의 회전 동작을 설명하기 위해 특별한 측정 및 계산 세트를 갖는 것이 유용합니다. 직선 운동, 기하학 및 삼각법과 같은 것에 대해 간단한 재교육을 자주 받기 때문에 과학에 관심이있는 사람들은 항상 확고한 핸들.

회전 운동에 대한 궁극적 인 비 인식은 "Flat Earthism"일 수 있지만 실제로는 놓치기 쉽습니다. 아마도 많은 사람들의 마음이 "원형 운동"을 "원형"과 동일시하도록 훈련 되었기 때문일 것입니다. 경로의 가장 작은 조각조차 한눈에 직선처럼 보이는 매우 먼 축을 중심으로 회전 운동하는 물체는 원형을 나타냅니다. 운동.

구르는 공과 바퀴, 회전 목마, 회전하는 행성, 우아하게 빙빙 돌리는 아이스 스케이터 등의 예로 이러한 움직임이 우리 주변에 있습니다. 회전 운동처럼 보이지는 않지만 실제로는 시소, 문 열기, 렌치 돌리기 등이 있습니다. 위에서 언급했듯이 이러한 경우 관련된 회전 각도가 종종 작기 때문에 마음에서 각도 운동으로 필터링하지 않는 것이 쉽습니다.

"고정 된"지면과 관련하여 사이클리스트의 움직임에 대해 잠시 생각해보십시오. 자전거의 바퀴가 원을 그리며 움직이는 것은 분명하지만, 엉덩이가 좌석 위에 고정되어있는 동안 자전거 타는 사람의 발이 페달에 고정된다는 것이 어떤 의미인지 생각해보십시오.

그 사이의 "레버"는 무릎과 발목이 반경이 다른 보이지 않는 원을 따라가는 복잡한 회전 운동의 한 형태를 실행합니다. 한편, 전체 패키지는 투르 드 프랑스 기간 동안 알프스를 통해 시속 60km로 이동할 수 있습니다.

수백 년 전, 아마도 역사상 가장 영향력있는 수학 및 물리학 혁신 가인 Isaac Newton은 갈릴레오의 작업에 주로 기반을 둔 세 가지 운동 법칙을 만들었습니다. 모션을 공식적으로 연구하고 있으므로 모든 모션을 관리하는 "기본 규칙"과이를 발견 한 사람에 대해 잘 알고있을 것입니다.

​뉴턴의 제 1 법칙관성의 법칙은 일정한 속도로 움직이는 물체가 외력에 의해 방해받지 않는 한 계속 그렇게한다고 말합니다.뉴턴의 제 2 법칙순 힘이에프질량 m에 작용하면 어떤 방식 으로든 그 질량을 가속 (속도 변경)합니다.에프= mㅏ​. ​뉴턴의 제 3 법칙모든 힘에 대해에프힘이있다-에프, 크기는 같지만 방향은 반대이므로 자연의 힘의 합은 0이됩니다.

물리학에서 선형 용어로 설명 할 수있는 모든 양은 각도 용어로도 설명 할 수 있습니다. 이들 중 가장 중요한 것은 다음과 같습니다.

​배수량.일반적으로 운동학 문제는 위치 x와 y를 지정하는 두 개의 선형 차원을 포함합니다. 회전 운동은 필요한 경우 0 점을 기준으로 각도를 지정하여 회전축에서 거리 r에있는 입자를 포함합니다.

​속도.m / s 단위의 속도 v 대신 회전 운동에는 각속도가 있습니다.ω(그리스 문자 오메가) 초당 라디안 (rad / s)입니다. 그러나 중요한 것은상수 ω로 움직이는 입자도​ ​접선 속도​ ​V_티수직 방향으로아르 자형​​.크기가 일정하더라도V_티벡터의 방향이 계속 변하기 때문에 항상 변합니다. 그 가치는 단순히V​_티 = ​ωr​.

​가속.각가속도, 기록α(그리스 문자 알파)는 기본 회전 운동 문제에서 종종 0입니다.ω일반적으로 일정하게 유지됩니다. 하지만V_티위에서 언급했듯이은 항상 변경되며구심 가속도 a_씨회전축을 향해 안쪽으로 향하고

​힘.회전축을 중심으로 작용하는 힘 또는 "비틀림"(비틀림) 힘을 토크라고하며 힘 F의 곱과 회전축으로부터의 작용 거리 (즉,레버 암​):

토크의 단위는 뉴턴 미터이고 여기에서 "×"는 벡터 외적을 의미하며τ에 의해 형성된 평면에 수직입니다.에프과아르 자형.​

​질량.질량 m은 회전 문제를 유발하지만 일반적으로 관성 모멘트 (또는 2 차 영역 모멘트)라고하는 특수한 양에 포함됩니다.나는. 더 근본적인 양 각운동량과 함께이 액터에 대해 더 많이 배울 것입니다.엘, 곧.

회전 운동은 물체의 각 변위를 설명하기 위해 미터를 사용하는 대신 원형 경로를 연구하는 것을 포함하므로 물리학 자들은 라디안 또는 각도를 사용합니다. 라디안은 원을 완전히 한 바퀴 돌기 때문에 π로 각도를 자연스럽게 표현하기 때문에 편리합니다.(360도)는 2π 라디안과 같습니다.​.

• 물리학에서 일반적으로 접하는 각도는 30 도입니다 (

π / 6 rad), 45도 (π / 4 rad), 60도 (π / 3 rad) 및 90도 (π / 2 rad).

식별 할 수있는회전축회전 운동을 이해하고 관련 문제를 해결하는 데 필수적입니다. 때로는 이것은 간단하지만, 좌절 한 골퍼가 5 번 아이언 빙글 빙글 높이를 호수를 향해 공중으로 보내면 어떻게되는지 생각해보십시오.

하나의 강체 콘은 놀랍도록 다양한 방식으로 회전합니다. 엔드 오버 엔드 (체조 선수가 몸을 잡고 360도 수직 회전을하는 것처럼 가로 막대), 길이를 따라 (자동차의 구동축처럼) 또는 중앙 고정 점에서 회전 (동일한 자동차의 바퀴처럼).

일반적으로 개체의 모션 속성은어떻게회전합니다. 절반은 납으로, 나머지 절반은 속이 비어있는 실린더를 생각해보십시오. 회전축이 긴 축을 통해 선택되면이 축 주위의 질량 분포는 균일하지는 않지만 대칭이되므로 부드럽게 회전하는 것을 상상할 수 있습니다. 그러나 축이 무거운 끝을 통해 선택되면 어떻게 될까요? 속이 빈 끝? 중간?

방금 배운 것처럼같은주위에 개체다른회전축 또는 반경 변경은 동작을 다소 어렵게 만들 수 있습니다. 이 개념의 자연스러운 확장은 질량 분포가 다른 유사한 모양의 물체가 다른 회전 특성을 갖는다는 것입니다.

이것은관성 모멘트 I,물체의 각속도를 변경하는 것이 얼마나 어려운지 측정합니다. 회전 운동에 대한 일반적인 효과 측면에서 선형 운동의 질량과 유사합니다. 화학 주기율표의 원소와 마찬가지로 공식을 찾는 것은 속이는 것이 아닙니다.나는모든 개체에 대해; 리소스에 편리한 테이블이 있습니다. 그러나모든 개체에 대해​ ​나는​ ​두 질량에 비례합니다​ (​미디엄​) ​반경의 제곱(아르 자형²).

가장 큰 역할나는계산 물리학에서 각운동량을 계산하기위한 플랫폼을 제공한다는 것입니다.엘​:

그만큼각운동량 보존 법칙회전 운동에서 선형 운동량 보존 법칙과 유사하며 회전 운동에서 중요한 개념입니다. 예를 들어 토크는 각운동량 변화율의 이름 일뿐입니다. 이 법칙은 회전하는 입자 또는 물체의 모든 시스템에서 총 운동량 L은 절대 변하지 않는다고 말합니다.

이것은 아이스 스케이터가 팔을 당길 때 훨씬 더 빨리 회전하는 이유와 전략적 정지를 위해 몸을 펼치는 이유를 설명합니다. 기억하세요엘m과 r에 비례합니다.² (때문에나는이며L = 나​​ω). L은 일정하게 유지되어야하고 m의 값 (스케이터의 질량은 문제 중에 변하지 않으므로 r이 증가하면 최종 각속도ω반대로 감소해야합니다.

구심 가속도에 대해 이미 배웠습니다.ㅏ_씨,가속이 작용하는 곳은 힘도 마찬가지입니다. 물체가 곡선 경로를 따라 가도록하는 힘은구심력.전형적인 예 :장력(단위 길이 당 힘) 테더 볼을 잡고있는 줄에있는 공은 폴의 중심을 향하여 볼이 폴 주위를 계속 움직이게합니다.

이것은 경로의 중심을 향한 구심 가속을 유발합니다. 위에서 언급했듯이 일정한 각속도에서도 물체는 선형 (접선) 속도의 방향 때문에 구심 가속도를 갖습니다.V_티끊임없이 변화하고 있습니다.