|
Волчки и гироскопы Действие закона сохранения момента количества движения наблюдал каждый ребенок, который хоть раз в жизни запускал волчок. Момент количества движения относительно данной точки — это произведение массы на скорость, с которой перемещается данная масса, на расстояние от центра масс до этой самой точки. Момент количества движения — вектор, в каждый момент времени направленный перпендикулярно к плоскости, в которой происходит движение. Так же, как количество движения, момент количества движения — величина аддитивная. Момент количества движения сложной системы относительно данной точки равен сумме моментов количества движения отдельных частей относительно той же точки. Последнее свойство, в частности, приводит к тому, что отличным от нуля моментом количества движения обладает физическая система, вращающаяся как единое целое вокруг некоторой оси. При этом направление момента количества движения совпадает с направлением оси вращения. Закон сохранения момента количества движения утверждает, что момент количества движения любого тела или системы тел остается неизменным, если отсутствует взаимодействие этой системы с другими телами. При взаимодействии нескольких систем суммарный момент количества движения всех систем также остается неизменным. Из неизменности момента количества движения следует неизменность его направления. Проще говоря, всякое вращающееся тело сохраняет направление оси своего вращения. Поэтому волчки не падают на пол. Поэтому не падают на бок двигающиеся велосипеды и мотоциклы — их колеса сохраняют направление оси вращения. Именно поэтому Земля сохраняет направление оси своего вращения, от неизменности наклона земной оси и происходит регулярная смена времен года. Одно из следствий закона сохранения количества движения — свойство тел сохранять состояние равномерного прямолинейного движения. Ускорение их, т. е. изменение количества движения, возможно только при наличии взаимодействия, которое часто называют силой. Этой силе ставят в соответствие равную ей по величине и противоположную по направлению силу инерции, пропорциональную произведению массы на ускорение. Вопрос о силах мы уже достаточно подробно обсудили и повторяем слово «сила» для того, чтобы сказать: с законом сохранения момента количества движения также связывают существование некоторой силы инерции. Если угловая скорость вращения остается постоянной, а изменяется направление оси вращения (т. е. направление вектора момента количества движения), говорят о наличии специального вида ускорения, называемого ускорением Кориолиса. С кориолисовым ускорением связывают силу инерции, равную произведению момента инерции на кориолисово ускорение. Считается, что именно эта сила «сопротивляется» изменению направления оси вращения. Как и в случаях линейных перемещений, при расчете положения вращающихся тел можно обойтись без введения кориолисовых сил и все необходимые выкладки производить, основываясь на законе сохранения момента количества движения. — 41 —
|