Sukimasis (rotacija): apibrėžimas, sukimosi ašis, kampinis greitis ir orbitos

Sužinokite viską apie sukimąsi: sukimosi ašį, kampinį greitį, kampinį momentą ir orbitas — aiškiai, pavyzdžiai ir formulėmis pritaikyta fizikos mokymuisi.

Sukimasis - tai objekto judėjimas ratu.

Dvimatis objektas sukasi aplink sukimosi centrą (arba tašką). Trimatis objektas sukasi aplink liniją, vadinamą ašimi. Jei sukimosi ašis yra kūno viduje, sakoma, kad kūnas sukasi apie savo ašį — tai reiškia santykinį greitį skirtinguose kūno taškuose ir, esant sąlygoms be išorinių momentų, galimą laisvą judėjimą su nekintančiu kampiniu momentu. Judėjimas apskritimu apie išorinį tašką (pavyzdžiui, Žemės judėjimas aplink Saulę) vadinamas orbita arba, tiksliau, orbitiniu sukimu.

Sukimosi ašis

Sukimosi ašis — tai išgalvota arba reali linija, apie kurią atliekamas kūno pasukimas. Rigidiniam kūnui ašis gali būti:

• vidinė (einanti per kūno masės centrą), tada sakome, kad kūnas sukasi „apie save“;
• išorinė (praeina už kūno), tuomet kūnas juda apskritimu aplink tą liniją;
• laikina — kai momentinis sukimosi centras kinta (pvz., slystantis arba nekietas kūnas).

Ašies kryptis nustato sukimosi orientaciją, o pagal dešiniąją ranką apibrėžiama kampinio greičio vektoriaus kryptis.

Kampinis greitis ir kampinė pagreitis

Kampinis greitis (dažniausiai žymimas ω) nurodo, kokiu greičiu kinta kampas, per kurį objektas pasisuka. Matavimo vienetas SI sistemoje — radiantai per sekundę (rad/s). Tiesiniam taškui, esantį atstumu r nuo sukimosi ašies, tangentinė greičio reikšmė susijusi su kampiniu greičiu formule v = ω·r. Trimatėje fizikoje dažnai vartojama vektorinė išraiška v = ω × r.

Kampinė pagreitis (α) yra kampinio greičio laiko kitimo greitis; jis susijęs su momentinėmis sukimosi pokyčių jėgomis ir sukimo momentais.

Kampinis momentas ir momentas inercijos

Kampinis momentas (L) yra rotacinės judančios sistemos analogas tiesiniam judesiui (impulsui). Rigidiniam kūnui jis susiejamas su kampiniu greičiu per momentą inercijos I: L = I·ω. Momentas inercijos priklauso nuo masės pasiskirstymo aplink sukimosi ašį.

Sukimo momento (sukimo) τ ir kampinės pagreičio sąryšį aprašo τ = I·α (kai I nekinta). Jeigu sistema neveikia išorinių sukimo momentų, kampinis momentas yra išsaugomas — tai paaiškina tokias fenomenu kaip giroskopo stabilizacija ar dailiojo čiuožimo metu rankų susitraukimas, dėl kurio greitis padidėja.

Orbitos (orbitinis sukimas)

Orbitinis judėjimas — tai objektų judėjimas apie išorinį tašką dėl centrinės jėgos (pvz., gravitacijos). Planetų ir palydovų orbitos gali būti elipsės, apskritimai arba kitokios kreivės pagal pradinę energiją ir impulsą. Astrofizikoje svarbūs dėsniai (pvz., Keplerio dėsniai) aprašo orbitų formas ir periodus.

Pavyzdžiai:

• Žemės sukimasis apie savo ašį — dienos ir nakties kaita;
• Žemės orbita aplink Saulę — metų trukmė ir sezonų kaita;
• Besisukantis ratas, viršelis, giroskopas — kasdieniai sukimosi pavyzdžiai.

Rigidinis kūnas ir deformuojamieji judesiai

Rigidinis kūnas laiko pastovius atstumus tarp visų taškų, tad jo sukimosi aprašymai dažnai supaprastinami. Deformuojančių kūnų sukimuisi reikia papildomų aprašų (strain, vietinis sukimosi laipsnis), o kampinis greitis gali skirtis skirtinguose kūno regionuose.

Apibendrinant: sukimasis yra plačiai paplitęs judėjimo tipas, kurį apibūdina ašis, kampinis greitis, momentas inercijos ir — orbitinio judėjimo atveju — centrinės jėgos bei išsaugomi fizikiniai dydžiai, pavyzdžiui, kampinis momentas.

Sukimosi tipai

Sukimasis aplink tašką vienoje plokštumoje gali būti pagal laikrodžio rodyklę arba prieš laikrodžio rodyklę.

Aviacija

Skrydžio dinamikoje pagrindiniai sukimosi taškai vadinami polinkiu, posvyriu ir posvyriu. Terminas "sukimasis" aviacijoje taip pat vartojamas kalbant apie orlaivio posvyrį į viršų, ypač kai pradedamas pagrindinis kilimas prieš pakilimą. Tie patys terminai vartojami kalbant apie vandenyje judančias žuvis.

Pramoginiai atrakcionai

Daugelyje atrakcionų galima pasisukti. Velnio ratas ir apžvalgos ratas turi horizontalią centrinę ašį ir lygiagrečias ašis kiekvienai gondolai, kuriose sukimasis yra priešingas - dėl gravitacijos arba mechaniškai.

Sportas

Sukimasis, paprastai vadinamas sukimu, yra svarbus daugelyje sporto šakų. Topspin ir backspin tenise. Angliškas, sekantis ir lygiosios biliarde ir pulo žaidime. Beisbolo kamuoliukai su išlenktais kamuoliukais ir kriketas su spiningu. Stalo teniso mentelės yra specializuotos, kad žaidėjai galėtų sukti kamuoliuką jį mušdami.

Pagal laikrodžio rodyklę

Paieška pagal raidę