Обертання за інерцією

Справді, розкрутив карусель, – і крутись собі за інерцією. Але чи це обертання за інерцією? І в чому різниця між інерцією прямолінійного та обертального руху?

Проведемо наступний дослід. Спробуємо обертати навколо вертикальної осі стрижень із насадженими на нього масами (вантажами), наприклад, металевими кулями. Поки ці кулі знаходяться поблизу центру, легко розкрутити стрижень, інертність його мала. Але якщо ми розсунемо маси на краї стрижня, то розкрутити такий стрижень стане набагато важче, хоча його маса залишилася без зміни. Отже, інертність тіла при обертанні залежить як від маси, а й (навіть переважно) від розподілу цих мас щодо осі обертання. Мірою інертності тіла при обертанні є так званий момент інерції. Таким чином, різниця в мірі інертності прямолінійного руху та обертання полягає в тому, що у першому випадку вона вимірюється масою, а у другому – моментом інерції.

Моментом інерції тіла щодо цієї осі називається величина, що дорівнює сумі добутків мас усіх частинок тіла на квадрати їх відстаней від цієї осі.

Як ми знаємо, закон інерції встановлює еквівалентність відносного спокою та рівномірного прямолінійного руху – руху за інерцією. Бо не можна ніяким механічним дослідом встановити, чи лежить це тіло, чи рухається рівномірно і прямолінійно. У обертальному русі це не так. Наприклад, зовсім не байдуже, чи лежить дзига або обертається рівномірно, з постійною кутовою швидкістю. Кутова швидкість твердого тіла є величиною, що характеризує його фізичний стан. Якщо навіть весь Всесвіт зникне, а залишиться тільки наше обертове тіло, то ми і в цьому випадку дізнаємося про його кутову швидкість.

Тому друга відмінність полягає в тому, що прямолінійний рух і спокій еквівалентні, а обертання, навіть з постійною кутовою швидкістю, може бути чітко відокремлено не тільки від спокою, а й від обертання з іншою кутовою швидкістю.

Ось, мабуть, і всі основні відмінності. Решта настільки однакова, що можна взяти на себе сміливість сформулювати "закон" інерції обертального руху абсолютно твердого тіла: "Ізольоване від зовнішніх моментів абсолютно тверде тіло зберігатиме стан спокою або рівномірного обертання навколо нерухомої точки або осі до тих пір, поки прикладені до тіла моменти зовнішніх сил не змусять його змінити цей стан.

На явищі інерції обертального руху засновані численні прилади та машини, зокрема, інерційні двигуни – акумулятори, що зберігають кінетичну енергію при інерційному обертанні маховика, та гіроскопічні прилади.