Прибор для демонстрации зависимости момента инерции от распределения масс

Данный набор позволяет продемонстрировать, влияние массы тела и ее распределения на сопротивление тела вращательному движению и влияние распределения массы тела относительно оси вращения на его момент инерции. Для этого нужно менять распределение масс и наблюдать за происходящим.

Состав:

• круглые диски - 4 шт.
• шарики - 8 шт.
• инструкция

Инерция - это способность тела сопротивляться изменению скорости его движения. Так инерция прямолинейного движения есть мера сопротивления линейному движению, инерция вращения тела - мера сопротивления любому изменению вращательного движения. Чем больше инерция вращения тела, тем труднее заставить его вращаться, либо остановить, если оно уже вращается.

Инерция является способностью неподвижных объектов сопротивляться перемещению, а движущихся объектов - сопротивляться остановке. Сопротивление изменению движения по прямой линии называется инерцией прямолинейного движения. Инерция вращения есть мера сопротивления объекта изменению его вращательного движения.

Когда тело вращается вокруг оси, угол, образованный его вращающейся массой с осью в плоскости вращения, изменяется со временем, и это изменение называется угловой скоростью. Эта скорость равна нулю, когда тело не вращается. С другой стороны, если угловая скорость возрастает (уменьшается), мы говорим о наличии углового ускорения. При изменении вращательного движения тела, вы меняете его угловую скорость или придаете ему угловое ускорение/замедление.

Подобно тому, как линейная сила F=ma вызывает изменение прямолинейного движения, в случае вращательного движения изменение скорости тела вызывает крутящий момент. Этот момент равен I, где I есть произведение момента инерции тела на его угловое ускорение. Чем больше момент инерции тела, тем больший крутящий момент потребуется, чтобы придать ему угловое ускорение.

Но что влияет на момент инерции тела? Одним из факторов является его масса. Более тяжелые объекты имеют большую инерцию. Однако, объекты с одинаковой массой по-разному реагируют на воздействие вращающих сил в зависимости от характера распределения массы.

Эксперименты

Положите на стол плоскую пластину, подложив под один из ее концов книгу, чтобы создать наклон.

• Опыт 1: Положите на верхний край пластины два диска и одновременно отпустите их, позволив им скатиться по пластине. Сравните и запишите скорости дисков друг относительно друга (при необходимости можно измерить время их движения).
• Опыт 2: Загрузите в диски металлические шары, расположив их внутри диска по-разному. В один из дисков вставьте 2 или 4 шара во внешний обод (см. рисунок), в другой - 2 или 4 шара во внутренний отсек. Повторите скатывание дисков по склону.
• Опыт 3: Повторите эксперимент, располагая шары произвольно (при этом должно соблюдаться равенство масс дисков). Вы можете использовать 1, 2, 3 или 4 шара. Сравните скорости скатывания при разной загрузке дисков.
• Опыт 4: До сих пор вы использовали два равных по массе диска. Повторите эксперимент с двумя дисками разной массы. Например, в один диск загрузите 4 шара, а второй оставьте пустым. Сравните скорости скатывания.