Από την ευθύγραμμη στην περιστροφική αδράνεια
Είδαμε πρόσφατα την αδράνεια των σωμάτων σε ευθύγραμμη κίνηση. Αντίστοιχα, και στην περιστροφική κίνηση, το σώμα αντιστέκεται στην επιτάχυνσή του. Σε αυτή την περίπτωση όμως δεν μιλάμε απλά για «αδράνεια», αλλά για «ροπή αδράνειας».
Η ροπή αδράνειας δεν εξαρτάται μόνο από τη μάζα του σώματος που περιστρέφεται. Εξαρτάται κυρίως από την κατανομή της μάζας ως προς τον άξονα περιστροφής. Αν η μάζα βρίσκεται κοντά στον άξονα, η ροπή αδράνειας είναι μικρή. Αντίθετα, όταν η μάζα βρίσκεται μακριά από τον άξονα, η ροπή αδράνειας είναι μεγάλη, και το σώμα δυσκολεύεται πολύ να περιστραφεί.
Το πείραμα στο PLANET PHYSICS
Στο έκθεμα του PLANET PHYSICS εξετάζεται το φαινόμενο με δύο αντικείμενα: έναν ομογενή κύλινδρο και έναν κυκλικό δακτύλιο μεγαλύτερης πυκνότητας. Τα δύο σώματα αφήνονται να κυλήσουν από ένα κεκλιμένο επίπεδο. Οι διαστάσεις τους είναι ίδιες, όπως και οι μάζες τους.
Ποιο θα φτάσει πρώτο κάτω; Η απάντηση είναι προφανής: ο κύλινδρος. Ο δακτύλιος έχει τη μάζα του τοποθετημένη πιο μακριά από τον άξονα περιστροφής, σε σχέση με τον κύλινδρο. Έτσι αποκτά μεγαλύτερη ροπή αδράνειας και δυσκολεύεται περισσότερο να περιστραφεί, με αποτέλεσμα να χάνει χρόνο στην κάθοδό του.
Παραδείγματα από την καθημερινή ζωή
Υπάρχουν παραδείγματα που μας βοηθούν να κατανοήσουμε καλύτερα το δύσκολο αυτό φαινόμενο.
-
Η αθλήτρια του πατινάζ ξεκινά τις περιστροφές της με ανοιχτά χέρια. Έτσι περιστρέφεται πιο αργά. Στη συνέχεια τα μαζεύει κοντά στο σώμα της και η περιστροφή της γίνεται πιο γρήγορη. Αυτό συμβαίνει επειδή έφερε τη μάζα της πιο κοντά στον κατακόρυφο άξονα περιστροφής. Έτσι η ροπή αδράνειας μειώθηκε και μπόρεσε να περιστραφεί ευκολότερα.
-
Ο σχοινοβάτης κρατάει στα χέρια του ένα κοντάρι για να ισορροπήσει. Με τη βοήθεια του κονταριού, η μάζα του συστήματος (σχοινοβάτης και κοντάρι) κατανέμεται πιο μακριά από τον άξονα περιστροφής, δηλαδή το σχοινί. Η ροπή αδράνειας αυξάνεται και το σύστημα δυσκολεύεται περισσότερο να περιστραφεί. Έτσι ο σχοινοβάτης διατηρεί ευκολότερα την ισορροπία του.
Ένα παιδαγωγικό ερώτημα
Μήπως, αν αντί για τις εκφράσεις «αδράνεια» και «ροπή αδράνειας», χρησιμοποιούσαμε τους όρους «ευθύγραμμη αδράνεια» και «περιστροφική αδράνεια», η κατανόηση των φαινομένων από τους μαθητές θα γινόταν πιο εύκολη και άμεση;
Αν σου άρεσε το άρθρο, μπορείς να συνεχίσεις την ανάγνωση με ένα άρθρο σχετικό με το σιδηρομαγνητικό υγρό ή ένα άρθρο σχετικά με τη μηχανική των ρευστών.
