19+ من أمثلة الحفاظ على الزخم الزاوي: والمشاكل


يصف الحفاظ على الزخم الزاوي خاصية الدوران لنظام مادي يظل فيه الدوران ثابتًا ما لم يزعج عزم خارجي دوران النظام.

فيما يلي قائمة بالحفاظ على أمثلة الزخم الزاوي.

شرح مفصل لحفظ أمثلة الزخم الزاوي

الزخم الزاوي هو نتاج قصور الزخم لجسم دوراني مضروبًا في السرعة الزاوية. يتميز أيضًا بنوعين آخرين: الزخم الزاوي الدوراني والزخم الزاوي المداري بناءً على اتجاه الدوران. يقدم هذا القسم شرحًا موجزًا ​​لأمثلة الزخم الزاوي للحفظ.

تدور شخصية متزلج

عندما يبدأ المتزلج على الجليد بالدوران على حلبة للتزلج على الجليد مع تمديد ذراعه ، بمجرد أن يدور بشكل أسرع بسرعة زاوية أكبر ويتم سحب الذراعين إلى الداخل ، تقل لحظة القصور الذاتي ؛ وبالتالي ، يتم الحفاظ على الزخم الزاوي.

تدور شخصية متزلج
صورة ائتمانات: المشاعات ويكيميديا

كتلة نقطة تدور عبر الأنبوب المجوف

اربط كتلة نقطية بأحد طرفي الخيط وقم بتدويرها في أنبوب مجوف رأسي ؛ تدور الكتلة النقطية في دائرة أفقية مع الزخم الزاوي الثابت.

إذا تم سحب الخيط لأسفل ، فإن نصف قطر محور الدوران يقلل ، وسيكون عزم الدوران صفرًا ؛ وبالتالي ، يتم الحفاظ على الزخم الزاوي كقوة مؤثرة على كتلة النقطة ، ويكون الوتر شعاعيًا.

رجل على طاولة دوارة يحمل الدمبل

لشرح الحفاظ على الزخم الزاوي ، تفترض الأمثلة أن الرجل يمد ذراعه ممسكًا بالدمبل ويقف في وسط الطاولة الدوارة.

عندما يسحب ذراعه إلى الداخل ، تزداد سرعة طاولة الدوران مع انخفاض المسافة بين مركز الدوران والدمبل ، مما يؤدي إلى زيادة في السرعة الزاوية وانخفاض في لحظة القصور الذاتي ، وبالتالي فإن العزم الزاوي سيبقى ثابتًا.

غواص يقفز إلى الماء من علو

يقفز الغواص إلى الماء من نقطة انطلاق عن طريق سحب ذراعيه وساقيه باتجاه مركز جسده. من خلال هذا الإجراء ، تتناقص لحظة القصور الذاتي للجسم بالسرعة الزاوية اللاحقة. يساعده الإجراء أعلاه على تدوير جسده في الهواء. لذلك فهو لا يبقي يده مستقيمة.

البوصلة الجيروسكوبية في الطائرة

تم تجهيز الطائرات ببوصلة جيروسكوبية لنقل الاتجاه الجغرافي للملاحة بناءً على دوران الأرض. تتكون البوصلة الجيروسكوبية من قرص دوار.

تدور البوصلة الدورانية بحرية بشكل مستقل عن حركة الطائرة ، ويظل اتجاهها ثابتًا. وهكذا يتم الحفاظ على الزخم الزاوي للبوصلة الجيروسكوبية في الطائرة.

مراوح الهليكوبتر

يتم تزويد المروحية بمروحتين لتحقيق التوازن في الحفاظ على الزخم الزاوي.

إذا كانت المروحية مزودة بمروحة واحدة فقط ، فإن جسم المروحية قد يكون قد انعكس عكس اتجاه دوران المروحة بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي. وبالتالي من أجل الاستقرار ، مطلوب اثنين من رمح المروحة.

الاصطدام الدوراني لكائنين

يعتبر الحفاظ على الزخم الزاوي في التصادم الدوراني لكائنين طريقة ممتازة لشرح الحفاظ على أمثلة الزخم الزاوي.

دعونا نوضح من خلال النظر في مثال. افترض أن كرة اصطدمت بعصا ، ثم استدارت الكرة في نهايتها. عندما يصطدم جسمان ، يتم عمل نبضة زاويّة على كلا الجسمين ، والتي تكون مساوية ومعاكسة للحفاظ على ثابت الزخم الزاوي الكلي.

دوران الأرض

يتم الحفاظ على الزخم الزاوي للأرض إلى حد ما أثناء الدوران لأن الأرض تمارس قوة الجاذبية ، وهي قوة مركزية ومحافظة.

ملف: Earth tilt animation.gif - Wikimedia Commons، حفظ أمثلة الزخم الزاوي
دوران الأرض
صورة ائتمانات: المشاعات ويكيميديا

القمر يدور حول الأرض

يمتلك القمر الذي يدور حول الأرض زخمًا زاويًا ثابتًا نظرًا لأن الأرض تقلل من زخمها الزاوي بسبب السحب أو الاحتكاك الناتج عن المد والجزر الذي يكتسبه القمر. لذلك يتم الحفاظ على الزخم الزاوي على القمر.

أدر الكرة بطرف الإصبع

عندما يتم جعل الكرة تدور على طرف الإصبع ، يتم الحفاظ على الزخم الزاوي الكلي للكرة حتى وما لم يتم تشغيل قوة خارجية على الكرة.

غزل أفضل الألعاب

عندما يتم صنع لعبة كبيرة للدوران ، فإنها تكتسب زخمًا زاويًا. يظل هذا ثابتًا حتى يتم تطبيق عزم دوران خارجي عليه. يتناقص الزخم الزاوي تدريجيًا بسبب الاحتكاك بين السطح واللعبة العلوية.

17/365 أنت القمم | قضيت يوم سبت كسول مع العائلة… | فليكر
أعلى لعبة الغزل
صورة ائتمانات: فليكر

عجلات

يرتبط الزخم الزاوي بالعجلات ، مثل عجلة الدراجة وعجلة الكرسي الدوار.

عندما تتعرض العجلة للدوران ، يتم إبطال عزم الدوران الذي يعمل على العجلة. وبالتالي ، فإن العزم الزاوي لا يتغير ويتم الحفاظ عليه إذا كانت العجلة تدور باستمرار.

تدور راقصات الباليه

يتضمن وضع راقصة الباليه أثناء أدائها مد أذرعها وأرجلها للداخل وللخارج أثناء الدوران. يؤدي هذا الإجراء إلى زيادة أو تقليل الزخم الزاوي وعزم القصور الذاتي ، وبالتالي الحفاظ على الزخم الزاوي.

لعبة البولينج

في لعبة البولينج ، تتحرك الكرة فوق المنحدر عن طريق الدوران وضرب الدبوس ، مما يجعله يسقط. يتم أيضًا موازنة الزخم الزاوي للكرة بعد اصطدامها بالدبوس من خلال تقليل عزم القصور الذاتي للكرة.

لاعبة جمباز

يدرك لاعبو الجمباز الحفاظ على اللحظة الزاويّة أثناء تمرينهم. عليهم أن يلفوا أجسادهم باتجاه مركز كتلتهم أثناء تمرين الأرضية ، والذي يتم عن طريق الحفاظ على الزخم الزاوي.

الكويكبات تدور بحرية في الفضاء

الكويكبات تدور بحرية في الفضاء لها زخم زاوي ثابت كعزم دوران خارجي سوف تؤثر عليهم.

الكويكبات كحفظ لأمثلة على الزخم الزاوي
صورة ائتمانات: Pixabay

سرعة الرياح في تورنادو

في الطبقة الداخلية من الأعاصير ، يتم تقييد السرعة التي تدور بها الرياح بموجب قانون الحفاظ على الزخم الزاوي. تدور بسرعة وتكتسب سرعة زاوية ، مما يؤدي إلى فقدان لحظة القصور الذاتي. ومن ثم يتم الحفاظ على الزخم الزاوي.

دوران الإلكترون

يوضح الزخم الزاوي أن الإلكترون يدور حول النواة. تدور الإلكترونات أيضًا حول النواة. يتم الحفاظ على زخمها الزاوي في الدوران في كل جانب من جوانب الغزل.

حركة الكواكب

جميع الكواكب حول الشمس في مدار بيضاوي الشكل لها زخم زاوي ثابت.

من قانون كبلر الثاني لحركة الكواكب ، تظل كتلته كما هي ، لكن المسافة بين الكوكب والشمس تختلف كلما اقترب الكوكب من الشمس وتزداد سرعته. وهكذا يتم الحفاظ على الزخم الزاوي في حركة الكواكب.

جيروسكوب

في الجيروسكوب ، يجب أن يمتلك ميل الجسم الدوار للتوجيه في محور الدوران زخمًا زاويًا ثابتًا. يكتسب الجيروسكوب الزخم الزاوي في اتجاه عزم الدوران وتدور على المحور الأفقي.

الجيروسكوب كحفظ لأمثلة الزخم الزاوي
صورة ائتمانات: المشاعات ويكيميديا

الحفاظ على مشاكل الزخم الزاوي

يرتبط الزخم الزاوي لأي جسم بالسرعة الزاوية وعزم القصور الذاتي. دعونا نحل بعض مشاكل الحفاظ على أمثلة الزخم الزاوي باستخدام كل منهم.

راقصة الباليه لحظة قصور ذاتي تبلغ 3 كجم2 عندما يتم سحب الذراع للداخل و 10 كجم2 عند شد الذراع للخارج. إذا كانت سرعة دوران الراقص عندما يكون الذراع للداخل هي 14 دورة / ثانية ، فاحسب سرعة الراقص عند شد الذراع للخارج.

حل:

نظرًا لأن الزخم الزاوي هو نتاج لحظة القصور الذاتي والسرعة الزاوية ، فيمكننا كتابة المعادلة على النحو التالي

أنا = أناsωs

3 × 14 = 10 × ωs

42 = 10ωs

ωs= 4.2 جولات / ثانية.

رجل يقف على قرص دوار يدور بسرعة زاوية ω ولحظة قصور ذاتي بذراعه باتجاه مركز الجسم. عندما يمد ذراعه للخارج ، تزداد لحظة القصور الذاتي بمقدار 4 أضعاف قيمتها الأصلية. احسب السرعة الزاوية الجديدة.

حل:

الحفاظ على الزخم الزاوي

أنا = أنا

لنكن أنا وأنا 'لحظة القصور الذاتي عندما يكون الذراع للداخل وممتد ، على التوالي ، و و' هما السرعة الزاوية عندما يكون الذراع إلى الداخل وممتدًا ، على التوالي.

أنا = 4 أنا

أنا = 4Iω '

كيرثي مورثي

أنا Keerthi K Murthy ، لقد أكملت التخرج في الفيزياء ، مع التخصص في مجال فيزياء الجوامد. لطالما اعتبرت الفيزياء كموضوع أساسي مرتبط بحياتنا اليومية. كوني طالب علوم أستمتع باستكشاف أشياء جديدة في الفيزياء. ككاتب ، هدفي هو الوصول إلى القراء بالطريقة المبسطة من خلال مقالاتي. تصلني - keerthikmurthy24@gmail.com

آخر المقالات

رابط إلى هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيدروكسيد الصوديوم عبارة عن قاعدة غير عضوية قوية ذات كتلة مولية 40 جم / مول. دعونا نناقش المزيد من هيدروكسيد الصوديوم في المقالة التالية. NaOH عبارة عن قاعدة معدنية قلوية ، لذا فإن طبيعة القاعدة قوية جدًا. إنه أيوني ...