Kotaljenje

Veliko teles, ki jih lahko vidimo vsak dan, se kotali brez spodrsavanja (položaj je v centimetrih, čas v sekundah). Ponovni zagon. Takšno gibanje je mešanica čistega vrtenja in čiste translacije. Čisto vrtenje kaže Animacija 1, čisto translacijo pa vidimo v Animaciji 2. Kako lahko ti dve gibanji združimo tako, da se bo kolo kotalilo brez spodrsavanja?

Najprej opazujmo različne točke na obodu vrtečega se kolesa. Ker ima konstantno kotno hitrost, ima vsaka točka na obodu enako hitrost, ki pa je drugače usmerjena. Opazujmo tri posebne točke: vrh kolesa, središče kolesa in dno kolesa. Vrh kolesa ima hitrost v = ωR, hitrost je usmerjena v desno. Središče ali os kolesa ima hitrost enako nič. Spodnja točka kolesa ima hitrost v = ωR, ki je usmerjena v levo.

Sedaj opazujmo translacijo. Vsaka točka na kolesu ima hitrost v, ki kaže v desno.

Kako torej sestavimo ti dve gibanji v kotaljenje brez spodrsavanja? Če je na dnu kolesa v točki, ki se dotika tal, hitrost enako nič, kolo ne bo spodrsavalo.

Spet opazujmo tri posebne točke: vrh kolesa, središče kolesa in dno kolesa. Dodajmo translacijsko hitrost hitrosti vrtenja in poglejmo, kaj dobimo. Vrh kolesa ima hitrost vrtenja v = ωR, usmerjeno v desno. Če to združimo s hitrostjo translacije v, usmerjeno v desno, dobimo skupaj 2v, tudi usmerjeno v desno. Središče (os) kolesa ima hitrost vrtenja enako nič, kar skupaj s hitrostjo translacije v, usmerjeno v desno, enako skupno hitrost v desno. In končno, dno kolesa ima hitrost vrtenja v = ωR proti levi, kar skupaj s translacijko hitrostjo v, usmerjeno v desno, da hitrost enako nič!

Zato dobimo kotaljenje brez spodrsavanja, kot kaže Animacija 3, dokler nam da kotna hitrost vrednost v, ki je enaka translacijski hitrosti.