剛体
小枝を真っ二つに折ってみたことがありますか？または、誤って手から滑り落ちたときにガラスが粉々になりましたか?では、どんなに落としたり、ねじったり、叩いたりしても壊れない物体を想像してみてください。また、どのような条件下でも形状が変化しないことを想像してみてください。今想像したこの物体は剛体です。剛体の完全な例はありませんが、剛体に非常に近いソリッド ボディは多数あります。剛体の定義から始めましょう。
剛体は、あらゆる条件下でその形状を保持し、変形しない理想的なソリッド ボディです。剛体では、変形はゼロまたは計算中に無視できるほど小さいと見なされます。
剛体の特性
- 剛体は、粒子が集まって固体になったものと見なすことができます。リジッド ボディでは、任意の 2 つのパーティクル間の距離は一定のままです。剛体にかかる外力やモーメントの影響を受けません。
- 剛体は、その固体形状全体に均等な質量分布を持つように理想化されています。
- 実際には、すべての固体は移動すると変形します。ただし、ボディの全体的な動きに比べてボディの変形が無視できる場合は、剛体として受け入れることができます。
運動中の剛体の特性
- 剛体が動いているとき、体のすべての線は元の位置と平行のままです。
- 剛体が動いているとき、体のすべての点の速度と加速度は同じです。
- 剛体が固定軸を中心に回転している場合、物体のすべての粒子は回転軸を中心に完全な円を描いて移動します。したがって、この場合、回転の角速度によって体の動きを判断できます。
剛体の例
理論的には、剛体は想像の中にしか存在しません。これは、特に動いているときに、そのようなオブジェクトが外的要因によって変形しないためです。ただし、剛体の実用的な用途があります。現実の世界では、移動中の動きに比べてごくわずかしか変形しない物体は、剛体と見なされます。
剛体の例を次に示します:
- 硬化鋼で作られたボール ベアリングは剛体の一例です。ボール ベアリングは機械的エネルギーをほとんど失わず、跳ねたり叩いたりしても最大の形状を維持します。したがって、これは剛体の一例です。
- 輸送に使用される橋を考えてみましょう。何トンもの重量を一貫して支えながら、わずかな変形しか受けません。したがって、剛体と見なすことができます。
- 剛体の 3 番目の例は、飛行機の翼です。飛行中、この翼が経験する動きはごくわずかです。したがって、その変形は無視されます。
- 量子力学では、分子または点塊を剛体と見なします。
結論
この章では、剛体の基本的なプロパティと例について説明しました。また、以下のトピックに関するよくある質問も確認してください。運動中の剛体と剛体の運動エネルギーについて学ぶことで、剛体のトピックをさらに理解することができます。
