Rotera mera

Om hur konståkare, simhoppare och gymnaster sätter snurr på tillvaron.

 

 

  

 

Du har säkert sett en konståkare göra piruetter på isen. Genom att dra in armar och ben mot kroppen kan hon snabbt öka sin rotationshastighet. Du kan själv experimentera med hjälp av en vanlig kontorsstol.

Med hjälp av träpinnar med klumpar i ändarna kan du känna vad det är för någon effekt som ligger bakom.

 

Material till första delen av försöket.

En stol som lätt roterar (en vanlig kontorsstol eller en "snurrfåtölj" ).

Två (tegel)stenar eller hemmagjorda "hantlar" i form av två stora, vattenfyllda petflaskor. Använd det tyngsta som du med raka armar kan hålla utsträckt från kroppen.

En medhjälpare.

Material till andra delen av försöket.

Två rundstavar, ca 10 mm i diameter och minst 0,5 m långa.

8 runda plattor, ca 6-7 cm i diameter, tillverkade t.ex. av 19 mm spånskiva. Använder du tunnare spånskiva, gör fler plattor.

8 gummiband.

 

För den första delen av försöket behöver du bara fylla två petflaskor med vatten och med dem i händerna sätta dig på kontorsstolen.

Till den andra delen av försöket behöver du lite material. Såga ut de runda plattorna med hålsåg och borra upp centrumhålet så att det går lätt att trä dem på pinnarna. Fäst två plattor i vardera änden av en pinne. Gummibanden håller plattorna på plats, se bilderna nedan. Fäst de andra fyra plattorna nära mitten på den andra pinnen.

Istället för att tillverka plattor som du fäster på pinnarna kan du använda dig t.ex. av klumpar av modellera - men det blir kladdigare (och dyrare)!

 

 

Sitt på stolen med en hantel (eller sten) i varje hand, och med armarna utsträckta från kroppen. Låt din medhjälpare sätta fart på dig. Dra snabbt in hantlarna mot kroppen och notera vad som händer. Var försiktig så att inte stolen tippar!

Håll mitt på en av pinnarna och vrid pinnen fram och tillbaka. Tag den andra pinnen och gör samma sak. Vilken av pinnarna är lättast att rotera?

Med massan nära kroppen har du lättare för att rotera. Så om någon nu sätter fart på dig när du har armarna utsträckta, får du inte så hög fart eftersom det är "trögt" att rotera. När du drar in armarna mot kroppen blir det mycket lättare för dig att rotera - därför ökar din fart.

Trots att de båda pinnarna väger lika mycket är det mycket lättare att rotera en av dem. Det beror på att massan är fördelad på olika sätt. Pinnen som är svårast att rotera har det mesta av sin massa "ute i kanten" - långt från din hand (=rotationscentrum). Den andra pinnen har större delen av massan nära din hand och är därför lättare att rotera.

På samma sätt är det med dig när du sitter på stolen. Din massa är olika fördelad beroende på om du håller armarna (med hantlar) in mot kroppen (=rotationscentrum) eller utsträckta från kroppen.

Här kan du fortsätta läsa om du vill veta mer om vilka fysikaliska storheter som ligger bakom fenomenet.

Den egenskap som beskriver hur lätt ett föremål har för att rotera kallas tröghetsmomentet (I). Varje kropp har sitt tröghetsmoment och endast för homogena, regelbundna kroppar är det relativt enkelt att beräkna.

Tröghetsmomentet beror på föremålets massa och på hur denna massa är fördelad. Om massan finns långt ifrån rotationsaxeln (utsträckta armar) har kroppen svårt för att rotera och tröghetsmomentet är stort.

Tröghetsmomentet hänger ihop med rotationshastigheten w på så sätt att produkten av dessa båda, w är en storhet som kallas rörelsemängdsmoment, L. Denna storhet är bevarad (om inga yttre krafter påverkar rotationen) och det är därför som rotationshastigheten måste öka när tröghetsmomentet minskar - och tvärtom.

På den roterande stolen verkar förstås yttre, vridande krafter. T.ex. så kan man inte helt bortse från friktion. Friktionen är dock i allmänhet så liten att den inte nämnvärt påverkar experimentet.

 

Fenomenet är mycket tydligt när en konståkare plötsligt börjar rotera med mycket hög hastighet genom att dra in armarna mot kroppen. Detsamma gäller för simhoppare och gymnaster som utför rotationer i luften.

Se också snackset "Balansera".

 

Visa 1 kommentar till detta snack

 

10899 besök sedan 16 oktober 2012

ämnen | dokumentation

 

Materialet hämtat från och översatt med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco http://www.exploratorium.edu av Nationellt Resurscentrum för Fysik, http://www.fysik.org