Moment setrvačnosti
Anotace: moment setrvačnosti, hmotnost, osa otáčení
Dětský diagnostický ústav, středisko výchovné péče,
základní škola, mateřská škola a školní jídelna Liberec
7.a 8. ročník ZŠ
6. 5. 2013
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Miloslav Hujer.
Dostupné z www.ddu-liberec.cz
VY_32_INOVACE_56 FYZIKA
Moment setrvačnosti
Dané téma není na základní škole v hodinách fyziky běžně probíráno, jedná se o rozšiřující
učivo určené zejména pro žáky s větším zájmem o fyziku a techniku. Učivo lze zařadit např.
do osmého ročníku, kdy je při výuce fyziky v kapitole pístové spalovací motory zmínka o
setrvačníku.
Zpočátku je třeba demonstrovat žákům vliv změny momentu setrvačnosti na úhlovou
rychlost (rychlost otáčení). Na tento pokus jsou třeba následující pomůcky: otáčivá židle,
činky, figurant. Můžeme použít i běžnou kancelářskou židli a místo činek PET lahve naplněné
vodou nebo pískem.
Pokus provedeme tak, že figuranta usadíme na otáčivou židli a do jeho upažených rukou
vložíme činky. V této poloze ho roztočíme. Poté figuranta během otáčení necháme připažovat
a upažovat. Pozorujeme změny v jeho rychlosti otáčení. Při připažení se zmenší figurantův
moment setrvačnosti, rychlost otáčení naroste tak, aby celkový moment hybnosti soustavy
figurant – židle zůstal zachován. Upažením figurant zvětší svůj moment setrvačnosti a úhlová
rychlost úměrně tomu klesne. Provedení je patrné z následujícího obrázku.
Obr.1.1) Změna úhlové rychlosti v závislosti na momentu setrvačnosti
1
- Vlastní nákres
Na základě výsledku pokusu vyvodíme se žáky následující závěry.
Moment setrvačnosti je fyzikální veličina, která charakterizuje rozložení hmotnosti
v tělese vzhledem k dané ose otáčení. Závisí na hmotnosti bodů tělesa ve vzdálenosti od
osy otáčení a na čtverci těchto vzdáleností. Tělesa s větším momentem setrvačnosti se
otáčejí pomaleji, s menším momentem setrvačnosti naopak rychleji.
Moment hybnosti ani úhlovou rychlost nezavádíme. Jde nám pouze o to, aby žáci
intuitivně dokázali rozlišit, které ze dvou těles má větší či menší moment setrvačnosti.
Problém můžeme objasnit na dalších příkladech ze sportu. Popíšeme žákům krasobruslaře při
piruetě. Krasobruslař stojí na ledě, zpočátku se roztáčí s roztaženýma rukama, stojí na jedné
noze, druhou má unoženou, pak připaží a přinoží, čímž zrychlí svou rotaci. Pokud chce
piruetu rychle ukončit, postupuje obráceně.
Dalším příkladem může být skok akrobata na visuté hrazdě (obr. 36.). Akrobat při něm
provede trojité salto. Během první a poslední čtvrtiny otáčky se akrobat otáčí v natažené
poloze. Jeho moment setrvačnosti vzhledem k ose vedené jeho těžištěm je větší než ve střední
části letu, kdy se akrobat skrčí, čímž sníží svůj moment setrvačnosti, aby zvýšil svoji rychlost.
Obr.2.2) Trojité salto
Podaří – li se akrobatovi ještě více skrčit, může se pokusit provést za stejný čas
čtyřnásobné salto. Dalších příkladů by se jistě našla celá řada.
2
- Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika. Prométheus, Praha 2000, str. 315
Download

Moment setrvačnosti - Dětský diagnostický ústav a SVP Liberec