Решение на момент правки #14113 от , автор emixter. Это не текущая версия.

Условие

2.7.8. Момент сил, действующих на твердое тело относительно его оси вращения, равен . Докажите, что работа этих сил равна , а угловое ускорение тела равно , где — угол поворота тела, а — момент инерции тела относительно оси вращения.

Решение

Пусть твердое тело вращается вокруг неподвижной оси. Разобьём его на бесконечно малые частицы массой , находящиеся на расстоянии от оси вращения.

Каждая такая частица при вращении перемещается по дуге. Пусть на неё действует сила и за малое время она смещается на дугу , где - малый угол поворота.

Работа, совершаемая силой над частицей:

Оставим только тангенциальную (касательную) составляющую силы: , так как нормальная не совершает работы.

Суммарная работа по всем частицам:

А выражение в скобках — это и есть суммарный момент силы :

Таким образом:

Если , то:

Рассмотрим движение той же системы частиц. Каждая частица массой , находясь на расстоянии , движется с тангенциальным ускорением:

где — угловое ускорение всего тела (оно общее для всех частиц, так как твердое тело).

Касательная сила, действующая на частицу, по второму закону Ньютона:

Теперь выразим момент этой силы:

Суммарный момент всех сил:

где - момент инерции относительно оси вращения. Отсюда:

Ответ