Юный техник 1979-10, страница 57

В чем же разница? Оказывается, несмотря на то, что масса карандаша не изменилась относительно различных осей вращения, он имеет различные моменты инерции.

Так что это такое — момент инерции? Это та величина, которая при вращении играет ту же роль, что масса при поступательном движении. Чем больше масса, тем большая сила нужна для того, чтобы сообщить телу определенное ускорение. Чем больше момент инерции тела, тем больший момент силы нужен, чтобы сообщить вращающемуся телу определенное угловое ускорение. Большое колесо раскрутить труднее не потому, что оно тяжелее, чем маленькое, а потому, что его момент инерции больше.

Чтобы лучше понять это явление, смастерим простую игрушку. Нам понадобятся катушка из-под ниток, кусок толстого картона. От катушки ножовкой отпилите щечки так, чтобы осталась деревянная трубочка длиной примерно в 1 см. Из картона вырежьте четыре диска диаметром 10 и два — диаметром 14 см. Не забудьте пометить центр дисков: в них нужно будет просвер~ лить отверстия такого же диаметра, как в деревянной трубочке. Остается только подобрать винт, которым можно было бы соединять диски с трубочкой так, как показано на рисунке. Нитку на трубочке закрепите петелькой, чтобы колесико могло свободно прокручиваться. Теперь намотайте 30—40 см суровой нитки на деревянную трубочку и, держа конец нитки в руке, отпустите игрушку. Нитка начнет разматываться, д колесико раскручиваться. Когда нитка размотается на полную длину, колесико не остановится, оно будет вращаться в ту же сторону, наматывать на себя нитку и подниматься вверх. Потом колесико опять начнет опускаться, а

затем возвратится обратно. Забавно? Не только. На основании наблюдений попытаемся сделать кое-какие выводы.

В какой точке скорость вращения колесика максимальна? Очевидно, в нижней, когда нитка полностью размотана. Обладает вращающееся колесико энергией? Несомненно. Ведь вращающееся колесико способно совершать некоторую работу. Откуда это колесико получило энергию? По-видимому, совершился переход потенциальной энергии, которую колесико имело вверху, когда нитка была намотана на него, в кинетическую энергию вращения.

Для игрушки нам хватило бы двух картонных дисков. Мы же сделали их несколько для того, чтобы сравнить, как будут вести себя парные колесики, отличающиеся только размером дисков. Прикрепим по два 10-см диска с каждой стороны трубочки и попытаемся оценить скорость вращения при подходе к нижней точке (нам поможет это сделать полоска белой краски, нанесенная по радиусу одного из дисков). Теперь снимем эти диски и на их место установим два других, диаметр которых 14 см. Масса игрушки при этом практически не изменится. Значит, не изменится потенциальная энергия, которую игрушка имеет в верхней точке. А скорость вращения в нижней точке? В последнем опыте она оказывается намного больше. Значит, при прочих равных условиях произошло увеличение момента инерции тела. И произошло это потому, что масса была как бы отнесена на большее расстояние от сси вращения. Вот почему маховые колеса машин стараются делать поб&льше! Чем больше диаметр колеса, тем больше момент инерции, тем большую энергию оно будет иметь при той же скорости вращения. А чтобы сэкономить материал, внутреннюю часть

53