Вращательное движение

Тело совершает вращательное движение, если оно вращается вокруг неподвижной точки или движется вокруг нее по замкнутой кривой.

Есть два типа вращательного движения: например, движение колеса и движение Земли вокруг Солнца. В процессе этих движений на тела действуют различные силы: на вращающиеся — гироскопические, а на тело, движущееся по кругу, — центростремительные.

ГИРОСКОП

Гироскоп представляет собой диск, вращающийся вокруг своей оси. При вращении гироскоп противостоит попыткам наклонить его ось. Это его свойство называется гироскопической инерцией. Игрушечный гироскоп состоит из металлического диска на оси, закрепленной в раме. Чтобы раскрутить гироскоп, на ось наматывают тонкий шнур и дергают его, держа в руках рамку. Когда гироскоп быстро вращается, то он может стоять на острие карандаша или на кончике пальца: гироскопическая инерция не дает оси колеса отклониться от своего положения.
В гирокомпасе диск гироскопа вращается постоянно — его приводит в движение электродвигатель. Ось гироскопа установлена ​​на двух соединенных кольцах, так называемом кардановом подвесе. Поворот внешнего кольца не влияет на гироскоп, который размещен во внутреннем кольце.

Гирокомпасы применяются на судах, в самолетах и ракетах. В отличие от магнитных компасов на их работу не влияют быстрые перемещения, размещенные неподалеку магнитные предметы и электрические провода. Когда диск гирокомпаса начинает вращаться, его ось устанавливается в пространстве в определенном положении и постоянно сохраняет свою ориентацию. Если транспортное средство меняет курс, ось гироскопа и дальше указывает начальное направление.

Гиростабилизаторы — это сложные приборы, уменьшающие качку судов на море. Гироскопы, установленные в кардановом подвесе, реагируют на изменение положения судна во время качки. Датчики на подвесе посылают сигналы, которые после обработки компьютером используются для управления горизонтальными рулями на днище корабля. Эти рули действуют как крылья — они создают силу, которая старается наклонить корпус судна в сторону, противоположную наклону от ударов волн. Постоянная работа горизонтальных рулей помогает судну двигаться, практически без бокового крена.

ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНАЯ СИЛА

Тела, которые движущиеся по замкнутым орбитам, ведут себя иначе, чем вращающиеся гироскопы. Они испытывают на себе действие центростремительной силы. Чтобы понять действие этой силы, представьте кота, который сидит в центре большой поляны, и человека, прогуливающегося с собакой краем поляны. Увидев кота, собака захочет его схватить и кинется к центру поляны, натягивая поводок. Его хозяин попытается продолжать прогулку дальше по прямой, а собака будет сбивать его с этого пути. В результате хозяин с собакой будут двигаться по кругу, в центре которого будет кот. Собака создает центростремительную силу, которая является причиной вращательного движения.

Планеты Солнечной системы движутся вокруг светила по орбитам, которые по форме почти совпадают с кругами. Гравитация между Солнцем и планетами является причиной центростремительной силы, отклоняющей планеты от прямолинейной траектории и заставляет их двигаться по замкнутым орбитам. Так же гравитация Земли удерживает на орбите Луну.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Человек в машине на крутом повороте чувствует, как его прижимает к стенке кабины со стороны поворота. Это происходит потому, что тело человека пытается и дальше двигаться по прямой, когда машина начинает поворачивать. Хотя силу, которая при этом возкает, часто называют центробежной, на самом деле подобное явление вызвано инерцией — стремлению любого тела сохранять прямолинейное равномерное движение. Такой же эффект наблюдается в сушилки для белья в стиральной машине. Влажное белье загружают в барабан с отверстиями. Когда барабан начинает вращаться, вода выходит через отверстия в барабане. Это происходит потому, что на капли воды в действует центростремительная сила со стороны стенки барабана, которая удержала бы их внутри, заставляя вращаться вместе с бельем. Как только капли отрываются от барабана, они движутся по прямой.

На подобном принципе основано работа центрифуги, разделяющей жидкости различной плотности. Когда смесь начинает вращаться, тяжелые составляющие быстрее движутся к краю, чем легкие, которые собираются в центре барабана. В пищевой промышленности центрифуги используют, чтобы отделить кристаллы сахара от сиропа и выделить сливки с молока. В больницах центрифуги нужны, чтобы разделять тельца , плавающие в крови и других тканевых жидкостях.

Космонавт во время тренировки на центрифуге. Центростремительная сила создает перегрузки, подобные тем, что сопровождают взлет ракеты, когда и набирает скорость для преодоления земного притяжения.
Космонавт во время тренировки на центрифуге. Центростремительная сила создает перегрузки, подобные тем, что сопровождают взлет ракеты, когда и набирает скорость для преодоления земного притяжения.

Высокоскоростные центрифуги развивают частоту вращения более 200 тыс. об/мин. Они могут разделять даже молекулы различной массы. Большие центрифуги помогают космонавтам привыкать к перегрузкам, которые будут действовать на них в космическом полете.

Центробежный регулятор управляет частотой вращения двигателя. При вращении вала грузики расходятся, опуская стержень, который снижает подачу топлива при слишком большой частоте вращения двигателя.

Ссылка на основную публикацию