Вращательное движение твердых тел

Простейшие движения твёрдого тела – поступательное и вращательное. С поступательным движением мы уже ознакомились в первой части курса.

Вращательное движение твёрдых тел весьма распространено в природе и технике. Например: движение Земли вокруг своей оси, движение шкивов, маховых колёс и обтачиваемых на токарных станках деталей, движение граммофонной пластинки и т. п.

На рисунке стрелками показано вращательное движение детали на токарном станке и поступательное движение резца.

Любое движение твёрдого тела может быть представлено как результат поступательного и вращательного движений. Особенно хорошо это видно на примере винтового движения. Болт, например, ввинчиваясь в гайку, движется поступательно и одновременно вращается. Сверло при работе также одновременно вращается и движется поступательно. Колесо повозки, вращаясь вокруг оси, одновременно вместе с повозкой движется поступательно. Таких примеров можно привести сколько угодно.

Возьмём картонный диск с нарисованными на нём кружочками на разных расстояниях от центра и приведём его в быстрое вращение – мы увидим ряд окружностей разных радиусов. Этот опыт показывает, что при вращательном движении тела различные его точки движутся по окружностям; центры этих окружностей лежат на прямой, называемой осью вращения. Угол поворота радиусов окружностей за данный промежуток времени для всех точек тела одинаков. Поэтому углом поворота радиуса окружности одной какой-нибудь точки тела за данный промежуток времени можно характеризовать движение всех точек тела, т. е. вращение тела в целом. Но угол поворота в 1 сек численно равен угловой скорости. Следовательно, угловая скорость у всех точек вращающегося тела одна и та же.

При повороте колеса на угол ? разные точки колеса: А, А1, А2 – описывают разные по длине дуги: АВ, А1В1, А2В2; чем точка дальше от оси вращения, тем описываемая ею дуга больше, тем больше линейная скорость. Итак, при вращении тела разные его точки движутся с одинаковой угловой скоростью, но с разными линейными скоростями.

Формула, выражающая связь между угловой и линейной скоростями, дана в статье о линейной скорости.