轉動運動與角動量
轉動動能(rotational kinetic energy)
任何旋轉之物,單純因為在旋轉就帶著能量——那就是轉動動能。旋轉的飛輪、轉動的磨石、滾動的保齡球:每一個都在它的轉動裡儲存了真實可用的能量,這與它從一處移到另一處所帶的能量完全是兩碼事。它就是普通的動能,只不過是把繞軸疾轉的每一小塊加總起來。
精確地說,轉動動能是 K_rot = 1/2 I omega^2,其中 I 是轉動慣量、omega 是角速度。把它擺在熟悉的 K = 1/2 m v^2 旁邊,對應完全一致:轉動慣量扮演質量,角速度扮演速率。單位是焦耳(J),一如所有能量。一個既在移動又在旋轉的物體——滾動的輪子——帶著兩者之和:K = 1/2 m v^2 + 1/2 I omega^2。
只要旋轉之物在交換能量,這就重要:球滾下斜坡時,能量分給平移與旋轉,所以它到底端比無摩擦滑塊還慢;公車或發電廠裡的飛輪把能量存在轉動中稍後釋放。每當你對滾動或轉動的物體使用能量守恆,帳本裡就必須包含這一項轉動能。
一個 I = 0.09 kg m^2 的圓盤以 omega = 20 rad/s 旋轉。它的轉動動能是 K_rot = 1/2 I omega^2 = 1/2 x 0.09 x 400 = 18 J——足以讓它作為飛輪繼續做有用的功。
與線性動能相同的 1/2(慣量)(速率)^2 配方,只是換上轉動的外衣。
轉動動能不是新種類的能量;它就是動能,只是對旋轉物體逐塊加總。滾動的物體同時有平移與轉動兩部分。
又称
另见