مرکز علوم و ستاره شناسی تهران


14

صندلی چرخان

صندلی چرخان
در صندلی چرخان شخصی روی یک صندلی که آزادانه حول محور قایمی می چرخد نشسته، در حالیکه دو وزنه کیلوگرمی که بر روی میله ریل داری به صورت متقارن در دو طرف شخص قرار گرفته را نگه می دارد. شخص دیگری صندلی را با سرعت زاویه ای معینی می چرخاند، با فرض ناچیز بودن اصطکاک هیچ گشتاور نیرویی نسبت به محور قایم تولید نمی شود. تنها نیروی خارجی که به سیستم صندلی و شخص و وزنه ها وارد می شود نیروی گرانش است که چون هیچ مولفه ای در صفحۀ عمود بر محور چرخش ندارد بنابراین هیچ گشتاور نیرویی نسبت به محور دوران تولید نمی کند. بنابراین تکانۀ زاویه ای نسبت به این محور پایسته است، یعنی:
 
که مربوط به زمانی است که وزنه ها در بیشترین فاصله نسبت به محور دوران قرار دارند و چون داریم:
 
در این حالت بیشترین مقدار را دارد در نتیجه نیز بیشترین مقدار را برای سیستم ( شخص و صندلی و وزنه ها) دارد مربوط به زمانی است که وزنه ها در کمترین فاصله نسبت به محور اصلی دوران قرار دارند. بنابراین و الزاماً برای اینکه باشد باید باشد. 
پس بدون اعمال نیروی خارجی وقتی وزنه ها به سمت محور اصلی دوران نزدیک می شوند سرعت زاویه ای سیستم افزایش می یابد.
رابطۀ در حرکت دورانی نظیر رابطه ای است در حرکت خطی که در آن نقش جرم اینرسی،  نقش سرعت خطی و نقش تکانۀ خطی در حرکت خطی را دارد.

کاربردهای این قانون:
در ورزش پاتیناژ، ورزشکار در هنگام چرخش با جمع و باز نمودن دستهای خود سرعت زاویه ای خود را بدون اعمال نیرویی به ترتیب افزایش و کاهش می دهد. شیرجه روها، ورزشکاران باستانی و اسکیت بازان روی یخ غالباً از این اصل استفاده می نمایند.
روش استفاده:
بر روی صندلی نشسته و پاهای  خود را بر روی پدالها بگذارید. بازوهای دستگاه را ببندید و دو جرم را در دست بگیرید، دو جرم را در انتهای بازوها قرار دهید. صندلی را بچرخانید (از همراه خود کمک بگیرید) سعی کنید در حین چرخش جرمها را به خود نزدیک کنید. مشاهده می کنید با بستن جرمها سرعت چرخش افزایش و با باز کردن جرمها (دور کردن از خود) سرعت چرخش کاهش می یابد.

تعداد امتیازات: (5) Article Rating
تعداد مشاهده خبر: (2102)
کد خبر: 2560