Wirtualne laboratorium/Fizyka/Bryła sztywna/Zasada zachowania momentu pędu

Zasada zachowania momentu pędu

Gdy nie działa zewnętrzny moment sił, moment pędu L=Iω jest zachowany. Dlatego łyżwiarka, która przyciąga ręce (zmniejsza moment bezwładności I), zaczyna obracać się szybciej (rośnie ω) — bo iloczyn Iω musi pozostać stały. Zmień promień rozłożenia masy.

Zasada zachowania momentu pędu
Fizyka · Bryła sztywna · Zachowanie momentu pędu (FIZ.BRYL)
Promień rozłożenia masy rr (ręce)0.90 m
Łyżwiarka przyciąga ręce. Obraca się…
promień r
0.90 m
moment I
0.81
prędkość ω
2.5 rad/s
moment pędu L
2.0
🎯 Wyzwanie: ustaw promień rąk, by łyżwiarka wirowała z zadaną ω\omega

Co się właśnie stało?

Łyżwiarka przyciągnęła ręce — masa zbliżyła się do osi obrotu, więc zmalał moment bezwładności. Ponieważ nic nie hamowało jej ruchu (brak momentu sił zewnętrznych), moment pędu został ten sam, a więc prędkość kątowa wzrosła. Piruet przyspiesza „sam z siebie".

Zasada zachowania momentu pędu:

L=Iω=const,  I↓⇒ω↑L = I\omega = \text{const}, \; I\downarrow \Rightarrow \omega\uparrow

— gdy na bryłę nie działa wypadkowy moment sił zewnętrznych, jej moment pędu LL pozostaje stały. I — moment bezwładności (kg·m²), ω — prędkość kątowa (rad/s).

Dlaczego łyżwiarka przyspiesza?

Moment bezwładności zależy od tego, jak daleko od osi rozłożona jest masa: I=mr2I = m r^2. Przyciągnięcie rąk zmniejsza rr, więc II maleje. Aby iloczyn IωI\omega pozostał stały, ω musi wzrosnąć:

ω=LI∝1r2\omega = \dfrac{L}{I} \propto \dfrac{1}{r^2}

Gdzie to jeszcze działa?

Piruet tancerki i skoczka; planety przyspieszają w peryhelium, gdy zbliżają się do Słońca; zapadająca się gwiazda kurczy się do rozmiaru miasta i staje się gwiazdą neutronową wirującą setki razy na sekundę — wszędzie LL się zachowuje.

Po co Ci to na maturze:

L=Iω=constL = I\omega = \text{const} rozwiązuje zadania o piruecie, karuzeli i planetach. Chwyt: jeśli nie ma momentu sił zewnętrznych, przyrównaj I1ω1=I2ω2I_1\omega_1 = I_2\omega_2 i wylicz nieznaną prędkość.

Zapamiętaj: bez momentu sił zewnętrznych moment pędu jest stały — mniejsze I oznacza większe ω. To dlatego łyżwiarka wiruje szybciej z rękami przy sobie: I↓⇒ω↑I\downarrow \Rightarrow \omega\uparrow.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Moment pędu

L=IωL = I\omega opisuje „ilość ruchu obrotowego".

Zasada zachowania

Gdy nie działa zewnętrzny moment sił, LL jest stały: I1ω1=I2ω2I_1\omega_1 = I_2\omega_2 Dlatego łyżwiarka przyciągając ręce zmniejsza II i przyspiesza obrót (rośnie ω\omega).

Gdzie jeszcze

Piruet tancerza, ruch planet (szybciej w peryhelium), zapadające się gwiazdy neutronowe.

Oznaczenia: LL — moment pędu, II — moment bezwładności, ω\omega — prędkość kątowa.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Dlaczego łyżwiarka przyspiesza?

Bo przyciągając ręce zmniejsza moment bezwładności I; skoro L=Iω=const, prędkość kątowa ω musi wzrosnąć.

›

Co to moment pędu?

Wielkość L=Iω opisująca „ilość ruchu obrotowego". Jest zachowana, gdy nie działa zewnętrzny moment siły.

›

Gdzie jeszcze to działa?

W piruecie tancerza, w ruchu planet (szybciej w peryhelium), przy zapadaniu się gwiazd w szybko wirujące gwiazdy neutronowe.