2.7.35. На краю свободно вращающегося с угловой скоростью $ω$ вокруг вертикальной оси диска, имеющего радиус $R$ и момент инерции $J$, стоит человек массы $m$. Как изменится угловая скорость вращения диска, если человек перейдет от края диска к центру? Как изменится кинетическая энергия системы при этом? Размерами человека по сравнению с размерами диска пренебречь.
Решение
Запишем закон сохранения момента импульса: $$(J+mR^2)\omega=J\omega'$$ Отсюда видно, что с уменьшением момента инерции угловая скорость растет, то есть, если мы ищем изменение угловой скорости, мы можем переписать уравнение в следущем виде: $$(J+mR^2)\omega=J(\omega+\Delta\omega)$$ Сокращаем что можем: $$mR^2\omega=J\Delta\omega$$ Получаем ответ: $$\boxed{\Delta\omega=\frac{m\omega R^2}{J}}$$ Найдем кинетическую энергию для начального и конечного моментов: $$K_0=\frac{(J+mR^2)\omega^2}{2}$$ $$K=\frac{J(\omega+\Delta\omega)^2}{2}$$ Зная изменение угловой скорости, можем переписать уравнение в этом виде: $$K=\frac{(J+mR^2)^2\omega^2}{2J}$$ Найдем отношение между энергиями системы в начале и в конце: $$\boxed{\frac{K}{K_0}=1+\frac{mR^2}{J}}$$ Ответ больше $1$, то есть кинетическая энергия системы возрастает.