Угловая механика

В физике угловая механика — это область механики, которая изучает вращательное движение. Она изучает такие вещи, как угловой момент, угловая скорость и крутящий момент. Она также изучает более сложные вещи, такие как сила Кориолиса и угловая аэродинамика. Она используется во многих областях, таких как изготовление игрушек, аэрокосмическая техника и 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. При этом используется угловая механика, особенно крутящий момент и угловой момент.

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 (толкаете и тянете соответственно). Это заставляет верх вращаться. Согласно третьему закону движения Ньютона, волчок будет продолжать вращаться до тех пор, пока на него не будет действовать сила. Поскольку все силы, уравновешивающие гравитацию, он останется в вертикальном положении.

В аэрокосмической технике имеют в виду угловую механику. Там, где расположена МКС, гравитация Земли составляет около 90%. Причина, по которой МКС не падает, связана с угловым моментом.

В угловой механике существует множество уравнений. Большинство из них объясняют природу вращательного движения.

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

${\displaystyle \tau =r\times f}$

где ${\displaystyle \tau }$ — крутящий момент, r — радиус, а ${\displaystyle \times }$ — крест продукт. Другой вариант этого уравнения:

${\displaystyle \tau =rF\sin(\theta )}$

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

Уравнение угловой скорости широко используется в понимании механики вращения.

${\displaystyle \omega =d\theta /dt}$

где ${\displaystyle \omega }$ — угловая скорость, а ${\displaystyle \theta }$ — угол.

${\displaystyle \alpha =d\omega /dt}$

где ${\displaystyle \alpha }$ — угловое ускорение, а ${\displaystyle \omega }$ — угловая скорость

Когда планеты вращаются, они генерируют угловой момент. Это приводит к тому, что планета приобретает слегка овальную форму и вызывает деформации планеты. Другой пример угловой механики в движении планет — вращение вокруг звезды. Из-за скорости орбиты они не падают на свою звезду.

Земля движется вокруг своей оси со скоростью 1667,9239 километров в час. Из-за этого на экваторе вы весите меньше, чем на полюсах из-за эффекта Кориолиса. 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. Орбитальная скорость Земли составляет примерно 30 (точнее, 29,80565528) километров в секунду. Это заставляет Землю вращаться по идеальной орбите вокруг Солнца.

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

Угловая механика имеет богатую историю.

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.

Жан Буридан, французский философ, при жизни открыл импульс, в том числе угловой момент.

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

Вдохновленный законами вращения, Джон Серсон изобрел гироскоп в 1743 году.

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.

Источники:

Законы движения Ньютона можно перевести в законы вращения.

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.

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

На каждое действие есть равное и противоположное противодействие.