Mục lục bài họcĐang ở d05-b2
Rotational Inertia and Newton's Second Law for Rotation
The translation table
Every rotational law is a translation of a linear one:
- $x\to\theta$, $v\to\omega$, $a\to\alpha$
- $F\to\tau$, $m\to I$, $p\to L$
- $F=ma\ \to\ \tau=I\alpha$
- $K=\tfrac12mv^2\ \to\ K_{\text{rot}}=\tfrac12I\omega^2$
Rotational inertia depends on where the mass is
$$I=\sum m_ir_i^2$$The $r^2$ is the whole story: moving mass twice as far from the axis multiplies its contribution by four. That is why a hoop ($I=MR^2$) is far harder to spin up than a solid sphere ($I=\tfrac25MR^2$) of the same mass and radius.
For a point mass on a rotating rigid body, $v=\omega r$ — points farther out move faster even though $\omega$ is the same everywhere.
Bảng đối chiếu — học thuộc bảng này là học xong nửa chương:
- $x\to\theta$, $v\to\omega$, $a\to\alpha$
- $F\to\tau$, $m\to I$, $p\to L$
- $F=ma\ \to\ \tau=I\alpha$
- $K=\tfrac12mv^2\ \to\ K_{\text{quay}}=\tfrac12I\omega^2$
Momen quán tính phụ thuộc khối lượng nằm ở ĐÂU, không chỉ nằm bao nhiêu: $I=\sum m_ir_i^2$.
Số mũ hai là toàn bộ câu chuyện — dời khối lượng ra xa gấp đôi thì đóng góp của nó gấp bốn. Vì thế cái vành ($I=MR^2$) khó quay hơn hẳn quả cầu đặc ($I=\tfrac25MR^2$) cùng khối lượng, cùng bán kính.
Trên một vật rắn đang quay, mọi điểm có cùng $\omega$ nhưng $v=\omega r$ khác nhau — điểm ngoài rìa đi nhanh hơn điểm gần trục.
Ròng rọc đĩa đặc $M=2$ kg, $R=0{,}1$ m, dây quấn quanh treo vật $m=1$ kg. Tính gia tốc của vật. Lấy $g=10$.
Vật treo: $mg-T=ma$.
Ròng rọc: $\tau=TR=I\alpha$ với $I=\tfrac12MR^2$ và $\alpha=\frac{a}{R}$:
$$TR=\tfrac12MR^2\cdot\frac{a}{R}\ \Longrightarrow\ T=\tfrac12Ma$$Thay vào phương trình đầu:
$$mg-\tfrac12Ma=ma\ \Longrightarrow\ a=\frac{mg}{m+\tfrac12M}=\frac{10}{1+1}=5\ \text{m/s}^2$$Nhỏ hơn $g$ vì ròng rọc cũng phải được gia tốc quay. Ròng rọc “không khối lượng” thì $a=g$.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 5 — Torque and Rotational Dynamics gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận, ra khó hơn đề thật 30–50%. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.