background image

Ruch obrotowy punktu materialnego

ruch obrotowy po okręgu -

szczególny przypadek płaskiego 

ruchu krzywoliniowego 

 

 

v

 

droga kątowa –

położenie punktu A określamy za 

pomocą kąta 



r

s

droga liniowa  

wyrażamy za pomocą drogi 

kątowej 



w sposób następujący:

prędkość kątowa:

r

dt

d

dt

ds

dt

d

 

 





v





prędkość liniowa punktu A:

r

v

kierunek wektora 

dany jest przez 

regułę śruby 
prawoskrętnej

background image

dt

d

 

ruch przyspieszony 

ruch opóźniony 





r







r



dt

v

d

a

przyspieszenie kątowe:

przyspieszenie styczne i dośrodkowe:

)

(

r

dt

d

dt

r

d

r

dt

d

r

dt

d

a

s

r

dt

r

d

a

n

v

dt

v

d

a

s

|

|

r

v

a

n

2

|

|

s

a

v

n

a

a

Ruch obrotowy punktu materialnego

background image

Moment siły

F

r

M

kierunek momentu sił wyznaczamy z reguły śruby

prawoskrętnej,

Wielkością fizyczną wywołującą obrót bryły sztywnej jest

moment

siły

(tzw.

moment obrotowy

):

Aby

spowodować ruch obrotowy bryły sztywnej niezbędna jest siła.

r

nazywamy ramieniem siły,

M

gdy: 

0

||

M

F

r

background image

Moment bezwładności 

-

przykłady

2

2

2

1

2

1

r

r

m

I

2

r

m

I

moment bezwładności 

I

jest analogiczną wielkością do masy 

m

w ruchu 

postępowym. Chociaż masa ciała nie zależy od jego położenia to moment 
bezwładności zależy od osi, wokół której obraca się ciało:

cienki pierścień o masie 

m

i promieniu 

r

obracający się wokół własnej osi:

pierścień o masie 

m

i promieniach 

r

1

r

2

obracający się wokół własnej osi:

walec o masie 

m

, długości 

L

i promieniu 

obracający się wokół własnej osi:

2

2

1

r

m

I

cienki pierścień o masie 

m

i promieniu 

obracający się wokół osi prostopadłej:

2

2

1

r

m

I

walec o masie 

m

, długości 

L

i promieniu 

obracający się wokół osi prostopadłej do 

niego i przechodzącej przez środek:

2

2

12

1

4

1

L

m

r

m

I

background image

Moment bezwładności 

-

przykłady

2

3

2

r

m

I

2

12

1

L

m

I

2

5

2

r

m

I

kula  o masie 

m

i promieniu 

r

obracająca się wokół własnej osi:

sfera o masie 

m

i promieniu 

r

obracająca się wokół własnej osi:

pręt o masie 

m

i długości 

obracający się wokół osi prostopadłej 
do niego i przechodzącej przez jego koniec:

2

3

1

L

m

I

pręt o masie 

m

i długości 

obracający się wokół osi prostopadłej 
do niego i przechodzącej przez jego środek:

jednostką momentu bezwładności jest  

2

m

kg

background image

Twierdzenie Steinera

0

I

m

2

a

m

I

I

o

Moment

bezwładności

I

bryły sztywnej względem dowolnej osi jest

równy sumie momentu bezwładności

I

o

względem osi równoległej

przechodzącej przez środek masy bryły oraz iloczynu masy tej bryły
i kwadratu

odległości

a

obu osi:

a

background image

II zasada dynamiki dla ruchu 
obrotowego

Moment sił działających na bryłę sztywną jest 
równy iloczynowi momentu bezwładności tej bryły
i jej przyspieszenia kątowego

i

m

i

F

i

r

n

i

i

i

i

r

m

r

M

1

i ostatecznie:

otrzymamy:

n

i

i

i

r

m

1

2

I

M

I

M

background image

II zasada dynamiki dla ruchu 
obrotowego 

– moment pędu (kręt)

Pochodna momentu pędu bryły względem czasu jest
równa momentowi siły działającej na bryłę sztywną

II zasadę dynamiki możemy zapisać:

I

M

dt

d

I

dt

I

d

)

(

dt

L

d

M

background image

Zasada zachowania momentu 
pędu (krętu)

0

M

const

L

Jeżeli moment wypadkowy sił 
zewnętrznych działających 
na bryłę równa się zeru,

to całkowity moment pędu 

(kręt) pozostaje stały.

dt

L

d

M

moment sił zewnętrznych wynosi zero,

moment pędu jest zachowany,

2

2

1

1

I

I

ponieważ:

2

1

I

I

zatem:

1

2

zmniejszenie momentu bezwładności

przyspiesza 

obrót

background image

Energia kinetyczna ruchu 
obrotowego

2

2

2

2

1

2

1

i

i

i

i

ki

r

m

v

m

E

n

i

i

i

r

m

1

2

2

2

1

Energię kinetyczną –

obliczamy sumując energię kinetyczną

poszczególnych punktów bryły:

dla całej bryły mamy zatem:

n

i

i

i

k

r

m

E

1

2

2

2

1

2

2

1

I

E

k

background image

Energia kinetyczna ruchu 
postępowo – obrotowego

1

1

2

c

gh

v

k

v

m

2

2

2

1

2

1

I

v

m

E

k

2

2

2

1

2

1

k

k

I

v

m

mgh

2

r

m

c

I

r

v

kula

5

2

,

walec

2

1

 

ściance

 

cienkiej

 

o

 

rura

1

c

Energia kinetyczna 

obracającej się bryły jest sumą energii kinetycznej

ruchu obrotowego i energii kinetycznej środka masy:

jeżeli wysokość równi wynosi 

h

, a promień ciała 

r

,  to obliczmy prędkość ciała 

u podstawy równi:

background image

Przykłady – maszyna Atwooda

g

m

1

g

m

2

N

obliczmy przyspieszenie, z jakim poruszają się masy oraz naciąg nici:

bloczek nieruchomy:

g

m

N

a

m

1

1

m

1

m

2

m

r

N

a

N

g

m

a

m

2

2

g

m

m

a

m

m

)

(

)

(

1

2

2

1

g

m

m

m

m

a

2

1

1

2

g

m

m

m

m

N

2

1

2

1

2

background image

Przykłady – maszyna Atwooda

g

m

1

g

m

2

2

N

obliczmy przyspieszenie, z jakim poruszają się masy oraz naciąg nici:

bloczek ruchomy:

g

m

N

a

m

1

1

1

m

1

m

2

m

r

1

N

a

2

2

2

N

g

m

a

m

g

m

m

m

m

m

a

2

2

1

1

2

......

1

N

2

N

1

N

I

N

N

r

M

)

(

1

2

......

2

N

background image

Analogia między ruchem 
postępowym i obrotowym

Ruch prostoliniowy 

Ruch obrotowy 

Droga liniowa 

s

 

Droga kątowa 

 

Prędkość liniowa 

dt

s

d

v

 

Prędkość kątowa 

dt

d

 

Przyspieszenie 
liniowe 

dt

v

d

a

 

Przyspieszenie 
kątowe 

dt

d

 

Masa 

m

 

Moment 
bezwładności 

I

 

Pęd 

v

m

p

 

Moment pędu 

I

L

 

Siła 

F

 

Moment siły 

M

 

II zasada dynamiki 

dt

p

d

a

m

F

 

II zasada dynamiki 

dt

L

d

I

M

 

Zasada 
zachowania pędu 

const

p

dt

p

d

0

 

Zasada zachowania 
momentu pędu 

const

L

dt

L

d

0

 

Energia kinetyczna 

2

2

1

v

m

E

k

 

Energia kinetyczna 

2

2

1

I

E

k