Ãëàâà XXVI. ÏÐÈËÎÆÅÍÈÅ ÎÁÙÈÕ ÒÅÎÐÅÌ Ê ÄÈÍÀÌÈÊÅ ÒÂÅÐÄÎÃÎ ÒÅËÀ
§ 128. ÂÐÀÙÀÒÅËÜÍÎÅ ÄÂÈÆÅÍÈÅ ÒÂÅÐÄÎÃÎ ÒÅËÀ ÂÎÊÐÓÃ ÍÅÏÎÄÂÈÆÍÎÉ ÎÑÈ
Ðàññìîòðèì ïðèëîæåíèÿ îáùèõ òåîðåì äèíàìèêè ê çàäà÷àì î äâèæåíèè àáñîëþòíî òâåðäîãî òåëà. Òàê êàê èçó÷åíèå ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ òâåðäîãî òåëà ñâîäèòñÿ ê çàäà÷àì äèíàìèêè òî÷êè, òî íà÷íåì ñ ðàññìîòðåíèÿ âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ âîêðóã íåïîäâèæíîé îñè.
Ïóñòü íà òâåðäîå òåëî, èìåþùåå íåïîäâèæíóþ îñü âðàùåíèÿ
(ðèñ. 321), äåéñòâóåò ñèñòåìà çàäàííûõ ñèë
Îäíîâðåìåííî íà òåëî äåéñòâóþò ðåàêöèè ïîäøèïíèêîâ RA è
×òîáû èñêëþ÷èòü èç óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ ýòè íàïåðåä íå èçâåñòíûå ñèëû, âîñïîëüçóåìñÿ òåîðåìîé ìîìåíòîâ îòíîñèòåëüíî îñè z (ñì. § 116). Òàê êàê ìîìåíòû ñèë RA è RB îòíîñèòåëüíî îñè z ðàâíû íóëþ, òî ïîëó÷èì


Ðèñ. 321
Áóäåì â äàëüíåéøåì âåëè÷èíó
íàçûâàòü âðàùàþùèì ìîìåíòîì.
Ïîäñòàâëÿÿ â ïðåäûäóùåå ðàâåíñòâî çíà÷åíèå
íàéäåì

Óðàâíåíèå (66) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äèôôåðåíöèàëüíîå óðàâíåíèå âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ òâåðäîãî òåëà. Èç íåãî ñëåäóåò, ÷òî ïðîèçâåäåíèå ìîìåíòà èíåðöèè òåëà îòíîñèòåëüíî îñè âðàùåíèÿ íà óãëîâîå óñêîðåíèå ðàâíî âðàùàþùåìóñÿ ìîìåíòó:

Ðàâåíñòâî (66) ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðè äàííîì
÷åì áîëüøå ìîìåíò èíåðöèè òåëà, òåì ìåíüøå óãëîâîå óñêîðåíèå, è íàîáîðîò.
Ñëåäîâàòåëüíî, ìîìåíò èíåðöèè òåëà äåéñòâèòåëüíî èãðàåò ïðè âðàùàòåëüíîì äâèæåíèè òàêóþ æå ðîëü, êàê ìàññà ïðè ïîñòóïàòåëüíîì, ò. å. ÿâëÿåòñÿ ìåðîé èíåðòíîñòè òåëà ïðè âðàùàòåëüíîì äâèæåíèè (ñì. § 102).
Óðàâíåíèå (66) ïîçâîëÿåò: 1) çíàÿ çàêîí âðàùåíèÿ òåëà, ò. å.
íàéòè âðàùàþùèé ìîìåíò
çíàÿ âðàùàþùèé ìîìåíò
íàéòè
, ò. å. çàêîí âðàùåíèÿ òåëà, èëè íàéòè åãî óãëîâóþ ñêîðîñòü
. Ïðè ðåøåíèè âòîðîé çàäà÷è ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî â îáùåì ñëó÷àå âåëè÷èíà
ìîæåò áûòü ïåðåìåííîé è çàâèñåòü îò 
Âìåñòî óðàâíåíèÿ (66) äëÿ èçó÷åíèÿ âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìîæíî òàêæå ïîëüçîâàòüñÿ òåîðåìîé îá èçìåíåíèè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè:
ãäå Ò è
îïðåäåëÿþòñÿ ïî ôîðìóëàì (43) è (47).
Îòìåòèì ñëåäóþùèå ÷àñòíûå ñëó÷àè:
1) åñëè
òî
, ò. å. òåëî âðàùàåòñÿ ðàâíîìåðíî;
2) åñëè
òî
, ò. å. òåëî âðàùàåòñÿ ðàâíîïåðåìåííî.
Óðàâíåíèå (66) ïî ñâîåìó âèäó àíàëîãè÷íî äèôôåðåíöèàëüíîìó óðàâíåíèþ ïðÿìîëèíåéíîãî äâèæåíèÿ òî÷êè (ñì. § 77). Ïîýòîìó èìååòñÿ àíàëîãèÿ è ìåæäó ñàìèìè íàçâàííûìè äâèæåíèÿìè, è âñå ðåçóëüòàòû, ïîëó÷àåìûå äëÿ ïðÿìîëèíåéíîãî äâèæåíèÿ òî÷êè, áóäóò ñïðàâåäëèâû è äëÿ âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ òâåðäîãî òåëà, åñëè â íèõ çàìåíèòü ñîîòâåòñòâåííî ñèëó F, ìàññó
, êîîðäèíàòó
ñêîðîñòü v è óñêîðåíèå à òî÷êè íà âðàùàþùèé ìîìåíò
ìîìåíò èíåðöèè
óãîë ïîâîðîòà
óãëîâóþ ñêîðîñòü
è óãëîâîå óñêîðåíèå â âðàùàþùåãîñÿ òåëà.
Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ óðàâíåíèåì (66) öåëåñîîáðàçíî ïîëüçîâàòüñÿ òîãäà, êîãäà ñèñòåìà ñîñòîèò òîëüêî èç îäíîãî âðàùàþùåãîñÿ òåëà. Åñëè â ñèñòåìå êðîìå îäíîãî âðàùàþùåãîñÿ òåëà åñòü åùå äðóãèå äâèæóùèåñÿ òåëà (ñì., íàïðèìåð, çàäà÷è 134, 140 è ò. ä.), òî óðàâíåíèå äâèæåíèÿ ëó÷øå ñîñòàâëÿòü ñ ïîìîùüþ îáùèõ òåîðåì èëè ìåòîäîâ, èçëîæåííûõ â § 141 è 145.
 çàäà÷àõ, àíàëîãè÷íûõ çàäà÷å 134, ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî íà áàðàáàí äåéñòâóåò íå ñèëà Q, à íàòÿæåíèå âåðåâêè F, íå ðàâíîå Q, è óðàâíåíèå (66) äëÿ áàðàáàíà èìååò âèä
. Äëÿ åãî ðåøåíèÿ íàäî äîïîëíèòåëüíî îïðåäåëèòü ñèëó F, ñîñòàâèâ óðàâíåíèå äâèæåíèÿ ãðóçà À, ÷òî óäëèíÿåò ðàñ÷åò.
Çàäà÷à 149. Êîëåñî ìàññîé
âðàùàåòñÿ âîêðóã îñè Î ñ óãëîâîé ñêîðîñòüþ
(ðèñ. 322). Â íåêîòîðûé ìîìåíò âðåìåíè ê êîëåñó ïðèæèìàåòñÿ òîðìîçíàÿ êîëîäêà ñ ñèëîé Q. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ êîëîäêè î êîëåñî f, ðàäèóñ êîëåñà
. Ïðåíåáðåãàÿ òðåíèåì â îñè è ìàññîé ñïèö, îïðåäåëèòü, ÷åðåç ñêîëüêî ñåêóíä êîëåñî îñòàíîâèòñÿ.
Ðåøåíèå. Ñîñòàâëÿÿ óðàâíåíèå (66) è ñ÷èòàÿ ìîìåíò ïîëîæèòåëüíûì, êîãäà îí íàïðàâëåí â ñòîðîíó âðàùåíèÿ êîëåñà, ïîëó÷àåì

òàê êàê ñèëà òðåíèÿ
. Îòñþäà, èíòåãðèðóÿ, íàõîäèì

Ïî íà÷àëüíûì äàííûì, ïðè
ñëåäîâàòåëüíî,
è îêîí÷àòåëüíî

 ìîìåíò îñòàíîâêè, êîãäà
. Ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèå
â óðàâíåíèå (á) è ó÷èòûâàÿ, ÷òî äëÿ îáîäà (êîëüöà)
, ïîëó÷èì

Åñëè ïîíàäîáèòñÿ íàéòè ÷èñëî îáîðîòîâ, ñäåëàííûõ êîëåñîì äî îñòàíîâêè, òî ýòî ïðîùå ñäåëàòü, íå èíòåãðèðóÿ åùå ðàç óðàâíåíèå (á), à ïðèìåíèâ òåîðåìó îá èçìåíåíèè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè.

Ðèñ. 322

Ðèñ. 323
Çàäà÷à 150. Âåðòèêàëüíûé öèëèíäðè÷åñêèé ðîòîð, ìîìåíò èíåðöèè êîòîðîãî îòíîñèòåëüíî îñè
ðàâåí
(ðèñ. 323), ïðèâîäèòñÿ âî âðàùåíèå ïðèëîæåííûì ê íåìó ìîìåíòîì
. Íàéòè, êàê èçìåíÿåòñÿ ïðè äâèæåíèè óãëîâàÿ ñêîðîñòü ðîòîðà
åñëè
, à ìîìåíò ñèë ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà ïðîïîðöèîíàëåí 
Ðåøåíèå. Äèôôåðåíöèàëüíîå óðàâíåíèå (66) äëÿ âðàùàþùåãîñÿ ðîòîðà èìååò âèä (ñ÷èòàåì ïîëîæèòåëüíûìè ìîìåíòû, íàïðàâëåííûå â ñòîðîíó âðàùåíèÿ)

Ðàçäåëÿÿ ïåðåìåííûå è ïîëàãàÿ
âîçüìåì îò îáåèõ ÷àñòåé ðàâåíñòâà ñîîòâåòñòâóþùèå îïðåäåëåííûå èíòåãðàëû, ïîëó÷èì

Îòñþäà

Îêîí÷àòåëüíî íàéäåì, ÷òî

Óãëîâàÿ ñêîðîñòü ðîòîðà ñî âðåìåíåì âîçðàñòàåò, ñòðåìÿñü ê ïðåäåëüíîìó çíà÷åíèþ:

Ñîãëàñíî îòìå÷åííîé âûøå àíàëîãèè ýòè ðåçóëüòàòû äàþò îäíîâðåìåííî ðåøåíèå çàäà÷è î ïðÿìîëèíåéíîì äâèæåíèè òî÷êè ñ ìàññîé
ïîä äåéñòâèåì ñèëû f = const è ñèëû ñîïðîòèâëåíèÿ 
Ïðè ýòîì äëÿ ñêîðîñòè v òî÷êè ïî àíàëîãèè ñ ðàâåíñòâàìè (à) è (á) ïîëó÷èòñÿ
