Otáčavý pohyb - videodemonštrácie
Fyzikálne video-experimenty
Hlavná ponuka:
Otáčavý pohyb
Motivácia
Ako sa bude pohybovať tyč s valčekmi, ak valčeky posunieme ďalej od osi otáčania? Zrýchli alebo spomalí svoj pohyb? Pozri nasledujúci experiment.Experiment
Video experimentu 
Použité pomôcky
- rotačná aparatúra
- kladka
- lanko
- rôzne závažia s držiakom
- disky
- držiaky diskov
Vysvetlenie
Na jednoznačný popis otáčavého pohybu telesa slúžia uhlové veličiny – uhlová rýchlosť
, uhlové zrýchlenie
a uhol 
. Pri rovnomerne zrýchlenom otáčavom pohybe medzi nimi platia nasledujúce vzťahy
, uhlové zrýchleniea uhol . Pri rovnomerne zrýchlenom otáčavom pohybe medzi nimi platia nasledujúce vzťahy
(1)
, (2)kde 𝜔0 je počiatočná uhlová rýchlosť a j0 je počiatočná uhlová dráha. Pohybová rovnica otáčavého pohybu je
, (3)kde I je moment zotrvačnosti a M je moment síl spôsobujúcich otáčavý pohyb. Moment zotrvačnosti charakterizuje zotrvačné vlastnosti telesa pri otáčavom pohybe, závisí od rozloženia hmotnosti vzhľadom na os. Ak je hmotnosť telesa vzhľadom na os otáčania rozložená vo väčšej vzdialenosti, potom je moment zotrvačnosti telesa väčší. Z pohybovej rovnice vyplýva, že zmenu uhlového zrýchlenia pohybu sústavy telesa možno dosiahnuť zmenou momentu sily pri konštantnom momente zotrvačnosti, alebo zmenou momentu zotrvačnosti pri konštantnom momente sily, alebo zmenou oboch veličín, pretože platí
.V experimente na videu otáčavý pohyb vykonáva rotačná aparatúra, ktorá pozostáva z hliníkovej dutej tyče, ktorá je v strede upevnená na hriadeľ, dvoch diskov nasunutých na hliníkovú tyč, závažia s držiakom, lanka a kladky. Lanko je navinuté na hriadeľ a vedené cez kladku. Na jeho koniec je zavesené závažie s držiakom. V dôsledku pôsobenia gravitačnej sily F na závažie m sa celá sústava začne otáčať. Na sústavu pôsobí moment gravitačnej sily M na ramene r, ktorý jej udeľuje zrýchlenie a. Moment zotrvačnosti sústavy I sa mení zmenou polohy diskov na hliníkovej tyči. Veľkosť uhlového zrýchlenia otáčavého pohybu sústavy sa môže určiť preložením teoretickej závislosti (2) zaznamenanými hodnotami uhlovej dráhy v čase. Z video-záznamu experimentu je vidieť, že posunutím diskov do väčšej vzdialenosti od osi otáčania sa hodnota uhlového zrýchlenia zmenší.
Otázky
1. Ako by ste vysvelili, že rotačná sústava vykonáva rovnomerne zrýchlený otáčavý pohyb?
2. Sústava má pri otáčavom pohybe uhlové zrýchlenie 
Disky na hliníkovej tyči, každý s hmotnosťou m d
Disky na hliníkovej tyči, každý s hmotnosťou m d vzdialenosti R 1 od osi otáčania, použité závažie má hmotnosť m
a) Akú hodnotu bude mať uhlové zrýchlenie sústavy pri použití závažia s dvojnásobnou hmotnosťou?
b) Ktorým smerom musíme posunúť disky na hliníkovej tyči, aby zrýchlenie sústavy malo pôvodnú hodnotu?
c) Keď je v experimente vzdialenosť diskov od osi otáčania R 1 a použité závažie má hmotnosť m, sústava saotáča s uhlovým zrýchlenímvzdialenosti od osi otáčania musíme disky posunúť, aby sa sústava otáčala s uhlovým zrýchlením
Pri výpočte zanedbáme moment zotrvačnosti hliníkovej tyče I 0 voči momentu zotrvačnosti diskov na hliníkovej tyči.
Pri výpočte momentu zotrvačnosti diskov neberieme do úvahy ich tvar.
3. Ako mení krasokorčuliar svoj moment zotrvačnosti pri piruete?
Ak nevieš odpovedať na otázky, pozri si ešte raz video a vysvetlenie.
Použité zdroje:
Gibová, Z., Fričová, O., Hutníková, M., Kecer, J., Kladivová, M., Kovaľaková, M. 2015. Demonštračný experiment s grafickou podporou systému IP-Coach. In: MITAV 2015. Brno: Univerzita obrany, 2015 P. 1-6. - ISBN 978-80-7231-998-5
Kladivová, M., Gibová, Z., Fričová, O., Kecer, J., Hutníková, M., Kovaľaková, M.2016. Experiments for analysis of rotational motion of a rigid body . In: 22st Conference of Slovak Physicists. Slovak Physical Society, 2016 S. 75-76. - ISBN 978-80-89855-01-8