Veeremine
Libisemata veerev keha masskeskme kiirus ja nurkkiirus on raadiuse kaudu omavahel lukustatud, mistõttu see kannab korraga nii translatsioonilist kui ka pöörlemise kineetilist energiat, ja just seepärast jõuab kaldpinnalt paigalt lastud veerev pall alati aeglasemalt kohale kui sama vahemaa läbiv hõõrdevaba klots.
Practise this conceptLibisemata veerev keha teeb korraga kahte asja: selle masskese liigub edasi ja keha pöörleb selle keskme ümber, ning "libisemata" tingimus lukustab need kaks kokku — maapinda puutuv punkt on hetkeks paigal, mis sunnib peale täpselt v = ωr. Kuna mõlemad liikumised toimuvad korraga ja kumbagi ei saa sõltumatult reguleerida, on keha kogu kineetilisel energial kaks liiget, mitte üks: ½mv² edasiliikuva masskeskme jaoks pluss ½Iω² pöörlemise jaoks ümber selle keskme. Libisev klots omab ainult esimest liiget; veerev keha omab alati mõlemat.
Just teises liikmes peitub energia ja see, kui palju see võtab, sõltub sellest, kuidas keha mass on jaotunud — selle inertsimomendist. Massiivsel kuulil on enamik massi pöördeteljele lähedal ja võrdlemisi väike inertsimoment; sama massi ja raadiusega õõnsal kestal on mass servale lükatud ja palju suurem inertsimoment. Paigalt sama kõrguselt lahti lastuna muundavad mõlemad sama kogu gravitatsioonilise potentsiaalse energia, kuid kest suunab suurema osa sellest pöörlemisse ja vähem edasiliikumisse, seega kaotab see alati võistluse — mitte seepärast, et hõõrdumine varastaks sellelt energiat, vaid seepärast, et suurem osa selle energiast läks kuhugi mujale kui translatsiooniline liikumine.
Sama arvepidamine on põhjus, miks mistahes veerev keha on kaldpinna jalamil aeglasem kui hõõrdevaba klots, mis libiseb sama languse alla: klots muundab kogu oma potentsiaalse energia translatsiooniliseks kineetiliseks energiaks, samal ajal kui veerev keha peab jagama sama potentsiaalse energia translatsiooni ja pöörlemise vahel. Veerehõõrdumine ei tee siin üldse tööd ega hajuta üldse energiat — see on see, mis sunnib peale v = ωr, selle asemel et lubada libisemist, mitte tõmbejõud, mis varastaks liikumiselt energiat.
Key ideas
Requires: Pöörlemise kineetiline energia
Common misconceptions
- Veereva keha kineetiline energia on lihtsalt pool mv², täpselt nagu libiseva klotsi puhul.
- Kaks sama massi ja raadiusega veerevat keha jõuavad kaldpinna jalamile alati samal ajal.
- Libisemata veeremine tähendab, et kehale ei mõju üldse hõõrdumist.
Resources
Kuulub nende TÜ ainete hulka
See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.
- Mehaanika ja soojusõpetusLTFY.01.006