Η ροπή αδράνειας είναι ένα μέγεθος αντίστοιχο με την μάζα για την μεταφορική κίνηση. Όπως η μάζα ποσοτικοποιεί το πόσο δύσκολα μεταβάλλεται η γραμμική επιτάχυνση ενός σώματος για δεδομένη δύναμη(πόσο δύσκολα μετακινείται δηλαδή), έτσι και η ροπή αδράνειας ποσοτικοποιεί πόσο δύσκολα μεταβάλλεται η γωνιακή επιτάχυνση σε ένα στερεό σώμα για δεδομένη ροπή που του ασκείται(πόσο δύσκολα στρέφεται δηλαδή).
Η άσκηση σου δίνει το Ι που είναι η ροπή αδράνειας ως μια σταθερά οπότε δεν χρειάζεται να την φοβάσαι τώρα που ξέρεις τι είναι. Σου ζητάει να υπολογίσεις το μέτρο της μεταβολής της στροφορμής, δηλαδή την ποσότητα :
|ΔL| = | Lτελ - Lαρχ |
Στην μεταφορική κίνηση η ορμή δινόταν απο την σχέση :
p = mu
Στην περιστροφική ισχύει μια ισοδύναμη :
L = Iω
Και το γιατί είναι προφανές εαν σκεφτείς την αναλογία μεταξύ :
γραμμικής ορμής p <-> στροφορμής L
γραμμικής ταχύτητας u <-> γωνιακής ταχύτητας ω
μάζας m <-> Ροπής αδράνειας Ι
Έχοντας ως δεδομένο πως ο τροχός περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα ωαρχ = 25 rad/s & ο,τι I = 0.18 kg*m² έχεις πως :
Lαρχ = Ι*ωαρχ = 0.18 kg*m² * 25 rad/s = 4.5 kg*m²/s
*
Μετά την αλλαγή της κατεύθυνσης του δίσκου η γωνιακή ταχύτητα του ωτελ = ωαρχ οπότε :
Lτελ = Ι*ωτελ = 0.18 kg*m² * 25 rad/s = 4.5 kg*m²/s
Οπότε :
|ΔL| = | Lτελ - Lαρχ | = | 4.5 kg*m²/s - 4.5 kg*m²/s | = 0 kg*m²/s
*
Αυτό ανάμεσα στους αστερίσκους είναι ΛΑΘΟΣ. Και ο λόγος είναι πως :
Η στροφορμή είναι
διανυσματικό μέγεθος. Όταν σου δίνουν δύο αριθμούς και σε ρωτάνε να βρεις την απόσταση τους τότε η πράξη : d = | y - x | , είναι σωστή. Για ένα διανυσματικό μέγεθος όμως δεν έχει σημασία μόνο το μέτρο του, αλλά και η
κατεύθυνση του.
Στην δεδομένη περίπτωση η αρχική ορμή είναι παράλληλη προς το έδαφος, οριζόντια δηλαδή, και διέρχεται απο τον άξονα του δίσκου με μέτρο : Lαρχ = 4.5 kg*m²/s
Η τελική στροφορμή τώρα, εαν και δεν αλλάζει κατά μέτρο, έχει δηλαδή την ίδια αριθμητική τιμή(4.5 kg*m²/s)...έχει αλλάξει κατα κατεύθυνση!!! Οπότε δεν μπορούμε απλώς να αφαιρέσουμε τις αριθμητικές τιμές - τα μέτρα δηλαδή των αντίστοιχων στροφορμών, διότι αυτά τα διανύσματα δεν έχουν καν την ίδια κατεύθυνση, οπότε τι σημαίνει πραγματικά αφαιρώ ; Πως αφαιρώ μια τιμή που την μετράω σε διαφορετικό άξονα απο μια άλλη που την μετράω σε διαφορετικό άξονα;
Ποια είναι η σωστή διαδικασία λοιπόν ; Η σωστή διαδικασία είναι η εξής :
1) Ζωραφίζω το διάνυσμα της αρχικής και τελικής στροφορμής.
2) Βρίσκω το διάνυσμα :
Lτελ -
Lαρχ , ζωγραφίζοντας ένα διάνυσμα που έχει την ουρά του στο κεφάλι - βέλος του διανύσματος της
Lαρχ, και το κεφάλι-βέλος του στο κεφάλι της τελικής στροφορμής. Μαθηματικά αυτό ορίζεται ως η διαφορά δύο οποιονδήποτε διανυσμάτων.
3) Υπολογίζω το μήκος του διανύσματος
Lτελ -
Lαρχ, δηλαδή το μέτρο του διανύσματος αυτού(της μεταβολής της στροφορμής δηλαδή) γιατί αυτό είναι ίσο με :
|
Lτελ -
Lαρχ | = |
ΔL|
Στην περίπτωση μας μπορούμε να βασιστούμε στην γεωμετρία για τον υπολογισμό του μέτρου της μεταβολής(και για τα δεδομένα του λυκείου σχεδόν πάντα θα δουλεύεις γεωμετρικά σε αυτά τα προβλήματα). Το αρχικό διάνυσμα της στροφορμής με το τελικό αποτελούν πλευρές ορθογωνίου τριγώνου με "μήκη" 4.5 σε μονάδες kg*m²/s , διότι το τελικό διάνυσμα της στροφορμής έχει κατακόρυφη κατεύθυνση( πάλι κάθετη στο επίπεδο του δίσκου και διέρχεται απο τον άξονα του). Το μήκος του διανύσματος της στροφορμής θα αποτελεί την υποτείνουσα αυτού του ορθογωνίου τριγώνου. Οπότε :
ΔL = sqrt( Lαρχ² + Lτελ² ) =>
ΔL = sqrt ( (4.5 kg*m²/s)² + (4.5 kg*m²/s)² )
ΔL = sqrt(2*(4.5 kg*m²/s)²) = 2*sqrt(4.5) kg*m²/s
Το ηθικό δίδαγμα δηλαδή είναι το εξής : treat everything as it should be treat, numbers like numbers, vectors like vectors & people like people or you get in trouble

.