Was ist ein Trägheitsmoment?
Ein Trägheitsmoment bezieht sich auf die Kraft, die erforderlich ist, um ein rotierendes Objekt zu veranlassen, die Geschwindigkeit zu ändern. Alle rotierenden Objekte haben eine Achse oder einen Punkt, um den sie sich drehen. Einige Objekte erfordern mehr Kraft als andere, um die Drehzahl zu ändern. Diejenigen, die ihre Drehzahl leicht ändern, weisen ein geringes Trägheitsmoment auf, während diejenigen, die schwer zu ändern sind, ein hohes Trägheitsmoment aufweisen.
Dieses Konzept wurde erstmals 1730 vom Schweizer Mathematiker und Physiker Leonhard Euler eingeführt. Er veröffentlichte seine Theorie im Buch Theoria Motus Corporum Solidorum Seu Rigidorum oder Theory of the Motion of Solid oder Rigid Bodies . Die Formel für die Berechnung lautet I = km r2 , wobei I dem Trägheitsmoment entspricht, k der Trägheitskonstante entspricht, die von der Form des Objekts abhängt, m der Masse entspricht und r dem Abstand zwischen Achse und Drehmasse entspricht . Bei Körpern mit einer ungünstigen Form und keiner scheinbaren Konstante kann eine Reihe von Experimenten helfen, die Geschwindigkeit zu bestimmen.
Ein häufiges Beispiel ist die Vorstellung eines Eisläufers, der sich dreht. Als die Skaterin eine Drehung beginnt, streckt sie ihre Arme und zieht sich von ihrem Körper zurück, um eine langsame Drehung zu erzeugen. Als sie am Ende der Drehung angelangt ist, steckt sie die Arme ein und strafft ihren Körper, wodurch sie sich viel schneller dreht. Sie hat ihre Masse näher an der Achse gefestigt, ihr Trägheitsmoment verringert und den Kraftaufwand zum schnellen Drehen verringert. Ohne Kraftänderung kann sie ihre Drehzahl beschleunigen.
Es gibt viele praktische Anwendungen für diese Messung. Autohersteller untersuchen es sorgfältig, um festzustellen, wie schnell ein Auto außer Kontrolle gerät. Das Ziel ist es, einen hohen Moment zu erzeugen, damit das Auto bei einer Drehung weniger die Kontrolle verliert.
Viele Sportarten nutzen das Konzept auch, wobei Golf, Baseball und Tauchen ganz oben auf der Liste stehen. Die Taucher beschäftigen sich mit den Winkeln, aus denen sie den niedrigsten Moment und den schnellsten Spin erzeugen können, um die Bewegung abzuschließen und nahtlos ins Wasser zu gelangen. Sowohl Baseballspieler als auch Golfer arbeiten daran, einen gleichmäßigen, effektiven Schwung zu erzielen, um den Ball mit den richtigen Winkeln und der Kraft zu treffen, die erforderlich ist, um ihn ohne übermäßigen Muskeleinsatz weit fliegen zu lassen.