Ve fyzice je hybnost studována jako moment hybnosti. Tento moment hybnosti je aplikován při rotačním pohybu, který vytváří lineární moment hybnosti pro translační pohyb. Moment hybnosti je vektorová veličina, která je charakterizována především rotací bodové částice nebo prodlouženého objektu kolem osy, která prochází bodem. Dále to souvisí s pojmy jako např rotační pohyb.
V tomto článku vám řekneme vše, co potřebujete vědět o momentu hybnosti a jeho užitečnosti ve fyzice.
Co je moment hybnosti
Když to zkoušíme vypočítat pro nějaký objekt, který se nachází v pohybu kolem osy, vždy musíme osu rotace pohodlně určit. Začneme měřit hmotným bodem o hmotnosti m, moment hybnosti se píše zkratkou L. Lineární hybnost je p a poloha částice vzhledem k ose, která prochází určitým bodem O, je r.
Takto to máme vypočítané následujícím způsobem: L = rxp
Reaktor, který je výsledkem vektorového produktu, je kolmý k rovině, která je tvořena zúčastněnými vektory. To znamená, že směr smysl, který lze najít pravidlem pravé ruky pro křížový produkt. Moment hybnosti se měří v jednotkách kg na metr čtvereční za sekundu. To se měří podle mezinárodního systému jednotek a nemá žádné speciální názvy.
Tato definice momentu hybnosti dává větší smysl pro tělesa, která se skládají z mnoha částic. Pro hlubší pochopení vám doporučujeme přečíst si o rotačního pohybu země, což souvisí s momentem hybnosti v kontextu Země.
Velikost úhlového pohybu
Pomocí momentu hybnosti bodové částice charakterizujeme stav rotace bodu nebo tělesa, které lze za takové považovat. Pamatujte, že k tomu dochází, když jsou rozměry těla zanedbatelné ve srovnání s trajektorií jeho pohybu. Ve vztahu k vektorům momentu hybnosti vzhledem k danému bodu a lineární hybnosti bodové částice, která se pohybuje, protože obvod je moment hybnosti.
V případě částice, která se pohybuje po obvodu, je úhel 90 stupňů. Důvodem je, že rychlost momentu hybnosti je vždy tečná k obvodu, a proto kolmá k poloměru.
Když mluvíme o momentu hybnosti, mluvíme také o okamžiku setrvačnosti. To není nic jiného než to, co je popsáno, když tuhé těleso má setrvačnost vlastního těla proti otáčení kolem určité osy. Tento moment setrvačnosti závisí nejen na hmotnosti těla, ale také na vzdálenosti od samotného těla k ose otáčení. To lze snáze pochopit, pokud si myslíme, že u některých objektů je snazší otáčet se vzhledem k ostatním ve stejné ose. To závisí na tvorbě a struktuře samotného objektu.
Pro soustavu částic je moment setrvačnosti označen písmenem I a vypočítá se pomocí následujícího vzorce:
Já = ∑ ri2 Δmi
Tady máme, že jeho notoricky známý m je malá část hmotnosti a r je vzdálenost, kterou má tělo vzhledem k ose otáčení. Tělo bude zcela rozšířené a složené z mnoha částic, proto je jeho celkový moment setrvačnosti součtem všech produktů mezi hmotou a vzdáleností. Závisí to na geometrii, kterou mají objekt, součet se mění a přechází z integrálu do diferenciálu. Koncept momentu setrvačnosti úzce souvisí s momentem hybnosti objektu nebo je plně rozšířen.
Úhlový moment částicového systému
Uvažujeme systém částic, který se skládá z různých hmot a který se otáčí po jednom obvodu současně v rovině xy, každý z nich má lineární rychlost, která souvisí s úhlovou rychlostí. Tímto způsobem lze vypočítat součet systému a je dán následujícím součtem:
L = ω ∑ri2 Δmi
Prodloužené tělo lze jej rozdělit na plátky, každý s jiným momentem hybnosti. Pokud se osa symetrie daného objektu shoduje s osou z, není problém. A to proto, že existují body, které nejsou v rovině xy, takže složky, které ji tvoří a které jsou kolmé k uvedené ose, se ruší.
Uvidíme, až se to bude lišit. Normálně, když síťová síla působí proti tělu nebo částici, hybnost tohoto konkrétního se může změnit. V důsledku toho bude i moment hybnosti. Chcete-li lépe porozumět těmto pojmům, můžete si přečíst náš článek na světelné vlastnosti, což lze dát do souvislosti s principem zachování momentu hybnosti.
Na druhou stranu ke konzervaci dochází, když mění existující měřič točivého momentu. Pokud je tento točivý moment nulový, momentová hybnost se neustále zachovává. Tento výsledek je stále platný i v případě, že tělo není zcela tuhé.
Příklady momentu hybnosti
To vše bylo hodně teorie a nelze to dobře pochopit bez praktických příkladů. Uvidíme praktické příklady momentu hybnosti. V první máme krasobruslení a další sporty, kde jsou zatáčky. Když se bruslařka začne otáčet, natáhne ruce a potom nás zmenší proti našemu tělu, aby jí zkřížila nohy. Tím se zvyšuje rychlost otáčení. Kdykoli tělo neustále osciluje, smršťuje se. Díky této kontrakci může zvýšit rychlost otáčení. To je způsobeno skutečností, že skutečnost, že můžete stahovat ruce a nohy, také snižuje moment setrvačnosti. Jelikož je moment hybnosti zachován, zvyšuje se úhlová rychlost.
Dalším příkladem je, proč kočky přistávají na nohou. I když nemá počáteční množství pohybu, rychle řekne jak nohy, tak ocas, aby mohl měnit setrvačnost otáčení a mohl spadnout z chodidla. Zatímco manévrují v této zatáčce, jejich moment hybnosti je nulový, protože jejich rotace není spojitá.