Rotaciono kretanje – dinamika

Video čas “Dinamika rotacionog kretanja”

Postoji velika sličnost između rotacionog i kružnog kretanja. Šta više, često ove termine koristimo kao sinonime. Pa ipak, ima razlike. Ako se po kružnici kreće telo, čije dimenzije se mogu zanemariti u odnosu na dimenzije kružnice po kojoj se kreće, govorimo o kružnom kretanju. Ako su dimenzije tela u odnosu na putanju tolike da ih ne možemo zanemariti, tada se svaka tačka tela kreće po nekoj sopstvenoj kružnici. Ovakvo kretanje tela je rotacija.

Rotaciono kretanje

Kada kažemo da telo rotira, prvenstveno mislimo na telo koje se okreće oko neke fiksne ose, za koju je vezano krutom vezom. Na primer, točak bicikla tokom vožnje rotira oko osovine, za koju je pričvršćen žbicama, koje se ne deformišu. Promenu načina rotacije tela oko fiksne ose, ili pokretanje tela na rotaciju, izaziva sila, koja svojim smerom deluje mimo ose rotacije. Komponenta sile koja je normalna na poluprečnik se naziva tangencijalna sila Ft.

Tangencijalna komponenta sile Ft uzrokuje rotaciju.

Ali poznavanje ove sile nije dovoljan podatak, na osnovu kojeg bismo mogli predvideti promenu rotacije tela. Osim sile, neophodno je znati i na kojoj udaljenosti od ose rotacije ona deluje. Kombinacija sile i njene udaljenosti od ose rotacije se naziva moment sile, obeležava se slovom M a merna jedinica je [Nm]. $$\vec{M}=\vec{r} \times \vec{F}$$ Što je veća udaljenost napadne tačke sile od ose rotacije r, moment sile je veći. Ova udaljenost se u fizici naziva krak sile. Prilikom zavrtanja šrafa, poželjno je koristiti duži ključ, jer je tada krak sile veći, a samim tim je veći i moment sile. Lakše se zavrće.

Zavrtanje šrafa ključem. Veći krak sile r uzrokuje veći moment sile, pa je lakše zavrnuti šraf.

Međutim, kao što je kod pravolinijskog kretanja masa mera inertnosti, postoji i odgovarajuća veličina kod rotacionog kretanja koja upućuje na to koliko će biti teško neko telo zarotirati, ili mu promeniti način rotacije, ako već rotira. Ova veličina se naziva moment inercije I, a zavisi od mase i kvadrata udaljenosti mase od ose rotacije: $$I=m\cdot r^{2}$$ Moment inercije se može proračunati za neka pravilna tela, ali samo u odnosu na neke ose rotacije, za ostale slučajeve se moment inarcije eksperimentalno određuje. Detaljna obrada dinamike rotacionog kretanja nalazi se u video času.