Doświadczenia z bryłą sztywną
🎯 Po co Ci to?
Ruch obrotowy najlepiej poczuć i zobaczyć. Dwa proste doświadczenia pokazują moment bezwładności i zachowanie momentu pędu „na własnej skórze".
✅ Czego się nauczysz
- przeprowadzić i opisać doświadczenia ilustrujące moment bezwładności i zachowanie momentu pędu.
📘 Wyjaśnienie — obowiązkowe doświadczenia
Doświadczenie A — zachowanie momentu pędu (krzesło obrotowe). Usiądź na obrotowym krześle z hantlami w wyciągniętych rękach i rozkręć się. Przyciągnij ręce do ciała — przyspieszysz; rozłóż je ponownie — zwolnisz. Demonstrujesz $I\omega = \text{const}$ (§3.5): zmiana $I$ (ręce bliżej/dalej osi) zmienia $\omega$.
Doświadczenie B — różne momenty bezwładności (wyścig walców). Puść jednocześnie z równi (bez poślizgu) ciała o tej samej masie i promieniu, ale różnym rozkładzie masy: pełny walec i obręcz (albo puszkę wypełnioną czymś stałym — piaskiem, kaszą — i taką samą puszkę pustą). Pełny walec (mniejsze $I$) dotrze na dół pierwszy (§3.4). Zmieniaj nachylenie i obserwuj, że kolejność się nie zmienia — decyduje rozkład masy, nie kąt. Nie bierz puszki z napojem: ciecz nie wiruje razem ze ścianką, więc taka puszka nie jest bryłą sztywną i potrafi wyprzedzić nawet pełny walec.
📐 Jak opisać doświadczenie (przypomnienie z §1.5)
Cel/hipoteza → co mierzysz i czym → co zmieniasz, a co stałe → pomiary (kilkukrotne) → analiza i wniosek. Pamiętaj o niepewności (§1.6) i bezpieczeństwie.
🎒 Zadania
Zadanie 3.6.1. W doświadczeniu A chcesz pokazać, że to zmiana momentu bezwładności (a nie np. wysiłek mięśni) zmienia prędkość obrotu. Jak to uzasadnisz?
Pokaż rozwiązanie
Kluczem jest, że nie działa zewnętrzny moment sił (krzesło obraca się prawie bez tarcia), więc moment pędu jest zachowany. Przyciągnięcie rąk to zmiana wewnętrzna ($I$ maleje), więc $\omega$ musi wzrosnąć — niezależnie od „siłowania się". Można dodać, że efekt działa też, gdy ruch rąk jest powolny i bez wysiłku: liczy się położenie masy, nie siła.
🔍 Sprawdź, czy umiesz
- [ ] Opisać doświadczenie z zachowaniem momentu pędu.
- [ ] Zaplanować „wyścig" ciał o różnych momentach bezwładności i przewidzieć wynik.