Obliko enačbe za kinetično energijo za vrtenje in vrtilno količino si lahko najlažje zapomnimo z analogijo s kinetično energijo premikanja in z gibalno količino.
Precej teles se vrti okoli stalne osi. Prikazano je kolo (disk) s polmerom 5.0 cm in maso 200 gramov, ki se s konstantno hitrostjo vrti okoli stalne osi (položaj je podan v centimetrih, čas je v sekundah).
V Predstavitvi 10.2 smo obravnavali, kakšna je odvisnost med linearno hitrostjo in kotno
hitrostjo ter kakšna je odvisnost med kotnim pospeškom in kotno hitrostjo (α = Δω/Δt). V tej
predstavitvi bomo obravnavali kinetično energijo vrtenja, Wk rot in vrtilno
količino .
Obliko enačbe za kinetično energijo za vrtenje in vrtilno količino si lahko najlažje zapomnimo z analogijo s kinetično energijo premikanja in z gibalno količino. Spomnimo se, da velja Wk = 1/2 m v2 in G = m v. Ali lahko uganeš, kakšen je izraz za vrtilno kinetično energijo in vrtilno količino?
Najprej, kaj bo pri pojmih o rotaciji igralo vlogo v in v? Pravilen odgovor je ω in ω. Če še ugotovimo, kaj igra vlogo m, dobimo vse potrebno. Lastnost mase je upiranje teles pri linearnem gibanju. Torej iščemo lastnost teles, ki opisuje njihovo upiranje pri rotaciji. Temu pravimo vztrajnostni moment. Vztrajnostni moment je odvisen od mase telesa, njegove velikosti in porazdelitve mase. Za najbolj preprosta telesa je vztrajnostni moment J = C m R2, pri čemer je m masa telesa, R je njegova velikost (običajno polmer ali dolžina), C pa je brezdimenzijska konstanta, ki predstavlja porazdelitev mase.
Zato velja Wk rot = 1/2 J ω2
in
= J ω. Kolikšna sta Wk rot in
pri
našem kolesu oziroma disku? No, iz Predstavitve
10.2 vemo, da velja ω = 1.256 radianov/s. Ker je naše
kolo
pravzaprav valj, je C = 1/2. Tako lahko izračunamo vztrajnostni
moment kot: 2.5 x 10-4 kg m2. Končno imamo Wk
rot = 1.97 x 10-4 J in
=
3.14 x 10-4 Js
(usmerjeno v zaslon računalnika). V našem primeru so te
vrednosti
majhne, saj je tudi J valja majhen. Valj s
polmerom 1.0 m in maso 2.0 kg bi imel vztrajnostni moment enak 1.0 kg m2.