Момент імпульсу: особливості механіки твердого тіла

Момент імпульсу відноситься до фундаментальних, основоположним законам природи. Він безпосередньо пов'язаний з властивостями симетрії простору фізичного світу, в якому ми всі живемо. Завдяки закону свого збереження, момент імпульсу визначає звичні для нас фізичні закони переміщення матеріальних тіл у просторі. Даною величиною характеризується кількість поступального або обертального руху.

Момент імпульсу, також званий "кінетичним", "кутовим" і "орбітальним", є важливою характеристикою, що залежить від маси матеріального тіла, особливостей її розподілу щодо уявної осі обертання і швидкості переміщення. Тут слід уточнити, що в механіці обертання має більш широке трактування. Навіть прямолінійний рух повз якоїсь довільно лежить в просторі точки можна вважати обертальним, приймаючи її за уявну вісь.

Момент імпульсу і закони його збереження були сформульовані Рене Декартом стосовно до поступально рухається системі матеріальних точок. Правда, про збереження руху обертального типу він не згадував. Лише через століття Леонардом Ейлером, а потім іншим швейцарським ученим, фізиком і математиком Данилом Бернуллі при вивченні обертання матеріальної системи навколо нерухомої центральної осі був зроблений висновок, що і для такого виду переміщення в просторі діє цей закон.

Подальші дослідження повністю підтвердили, що за відсутності зовнішнього впливу сума твори маси всіх точок на загальну швидкість системи і відстані до центру обертання залишається незмінною. Дещо пізніше французьким вченим Патріком Дарсі ці складові були виражені через площі, замітає радіус-векторами елементарних частинок за однаковий період часу. Це дозволило зв'язати момент імпульсу матеріальної точки з деякими відомими постулатами небесної механіки і, зокрема, з найважливішим положенням про рух планет Йоганна Кеплера.

Момент імпульсу твердого тіла - третя динамічна змінна, до якої можна застосувати положення фундаментального закону збереження. Він говорить про те, що незалежно від характеру та виду руху за відсутності зовнішнього впливу дана величина в ізольованій матеріальній системі завжди залишатиметься незмінною. Цей фізичний показник може піддатися будь-яким змінам тільки в разі наявності ненульового моменту впливають сил.

З даного закону також випливає, що якщо М = 0, будь-яка зміна відстані між тілом (системою матеріальних точок) і центральною віссю обертання неодмінно викличе збільшення або зменшення швидкості його обертання навколо центру. Наприклад, гімнастка, яка виконує сальто, щоб справити в повітрі кілька оборотів, спочатку згортає своє тіло в клубок. А балерини або фігуристки, обертаючись в піруети, розводять руки в сторони, якщо хочуть уповільнити рух, і, навпаки, притискають їх до корпусу, коли намагаються кружляти з більшою швидкістю. Таким чином, у спорті та мистецтві використовуються фундаментальні закони природи.