Moment je mjerenje mase u kretanju. Svaki predmet koji se kreće ima zamah. Kako je definirao Newton, zamah objekta (p) je umnožak mase (m) i brzine (v) objekta. U fizici, impuls objekta jednak je masi pomnoženoj s brzinom.
Obično se zamah skraćuje slovom "p" tako da jednadžba izgleda ovako:
gdje je p zamah, m masa i v brzina
Iz ove jednadžbe možemo vidjeti da brzina objekta i masa imaju jednak utjecaj na količinu zamaha.
Imamo veći zamah kada trčimo nego kada hodamo. Slično, ako automobil i bicikl putuju ulicom istom brzinom, automobil će imati veći zamah (zbog svoje veće mase).
Zamah se može smatrati snagom kada se predmet kreće, što znači koliku silu može imati na drugi objekt. Na primjer, loptica za kuglanje (velika masa) gurnuta vrlo sporo (mala brzina) može pogoditi staklena vrata i ne razbiti ih, dok se lopta za bejzbol (mala masa) može baciti brzo (velika brzina) i razbiti isti prozor. Bejzbol ima veći zamah od lopte za kuglanje. Budući da je zamah umnožak mase i brzina utječe na količinu gibanja objekta. Kao što je prikazano, objekt velike mase i male brzine može imati isti zamah kao objekt s malom masom i velikom brzinom. Metak je još jedan primjer gdje je zamah vrlo velik, zbog izuzetne brzine.
Moment je vektorska veličina. Vektorska veličina je veličina koja je u potpunosti opisana i veličinom i smjerom. Da bismo u potpunosti opisali zamah kugle za kuglanje od 5 kg koja se kreće prema zapadu brzinom od 2 m/s, moramo uključiti informacije o veličini i smjeru kugle za kuglanje. Nije dovoljno reći da lopta ima 10 kg m/s momenta; zamah lopte nije u potpunosti opisan sve dok se ne daju informacije o njezinom smjeru. Smjer vektora zamaha je isti kao i smjer brzine lopte. Smjer vektora brzine je isti kao i smjer kretanja objekta. Ako se kugla za kuglanje kreće prema zapadu, tada se njezin zamah može u potpunosti opisati govoreći da je 10 kg m/s prema zapadu. Kao vektorska veličina, zamah objekta u potpunosti je opisan i veličinom i smjerom. Smjer zamaha prikazan je strelicom ili vektorom.
Jedinica za impuls je kg m/s (kilogram metar u sekundi) ili N s (njutn sekunda).
Impuls – Impuls je promjena zamaha uzrokovana novom silom; ta će sila povećati ili smanjiti zamah ovisno o smjeru sile; prema ili od objekta koji se prije kretao. Ako nova sila (N) ide u smjeru količine gibanja objekta (x), zamah od x će se povećati; stoga ako N ide prema objektu x u suprotnom smjeru, x će se usporiti i njegov zamah će se smanjiti.
U razumijevanju očuvanja količine gibanja važan je smjer zamaha. Zamah u sustavu zbraja se pomoću vektorskog zbrajanja. Prema pravilima vektorskog zbrajanja, zbrajanjem određene količine zamaha zajedno s istom količinom zamaha koja ide u suprotnom smjeru daje ukupni zamah jednak nuli. Na primjer, kada se puca iz pištolja, mala masa (metak) kreće se velikom brzinom u jednom smjeru. Veća masa (puška) kreće se u suprotnom smjeru puno manjom brzinom. Trzaj pištolja je zbog očuvanja momenta. Pištolj se pomiče manjom brzinom od metka zbog svoje veće mase. Zamah metka i zamah pištolja su točno jednake veličine, ali suprotnog smjera. Korištenje vektorskog zbrajanja za dodavanje zamaha metka na zamah pištolja (jednake veličine, ali suprotnog smjera) daje ukupni zamah sustava nula. Zamah sustava pištoljskih metaka je očuvan.
Kada se dva predmeta sudare jedan u drugi, to se naziva sudarom. U fizici, sudar ne mora uključivati nesreću (kao što su dva automobila koja se sudaraju), ali može biti bilo koji događaj u kojem dva ili više pokretnih objekata djeluju jedan na drugog u kratkom vremenskom razdoblju.
Postoje dvije vrste sudara - elastičan i neelastičan
Elastični sudar je onaj u kojem se ne gubi kinetička energija. Do elastičnog sudara dolazi kada se dva objekta "odskaku" jedan od drugog kada se sudare.
Neelastični sudar je onaj u kojem se gubi dio kinetičke energije sudarajućih tijela. To je zato što se energija pretvara u drugu vrstu energije poput topline ili zvuka. Neelastični sudari nastaju kada se dva predmeta sudare i ne odbijaju jedan od drugoga.
primjeri:
Važna teorija u fizici je zakon održanja količine gibanja. Ovaj zakon opisuje što se događa s impulsom kada se dva objekta sudare. Zakon kaže da kada se dva objekta sudare u zatvorenom sustavu, ukupni zamah dvaju objekata prije sudara je isti kao i ukupni zamah dvaju objekata nakon sudara. Zamah svakog objekta može se promijeniti, ali ukupni impuls mora ostati isti.
Na primjer, ako crvena kugla mase 10 kg putuje na istok brzinom od 5 m/s i sudari se s plavom loptom mase 20 kg koja putuje na zapad brzinom od 10 m/s, kakav je rezultat ?
Prvo identificiramo zamah svake lopte prije sudara:
Crvena kugla = 10 kg * 5 m/s = 50 kg m/s istočno
Plava lopta = 20 kg * 10 m/s = 200 kg m/s zapadno
Rezultirajući impuls će biti obje kuglice = 150 kg m/s zapadno
Napomena: Objekt koji miruje ima impuls od 0 kg m/s.
Zamah o kojem smo gore govorili uglavnom je linearni zamah. To je u skladu s našim razumijevanjem zamaha – veliki objekt koji se brzo kreće ima veći zamah od manjeg, sporijeg objekta. Linearni impuls se izražava kao p = mv
Prema načelu održanja linearnog momenta, u nedostatku vanjskih sila, ukupni zamah sustava se ne mijenja. Zamah pojedinačnih komponenti se može, i obično se mijenja, ali ukupni zamah sustava ostaje konstantan.
Ali što je s objektima koji se kreću u krug? Ispada da ne možemo baš zamisliti kutni moment na isti način. Kutna količina gibanja je količina gibanja objekta koji se ili rotira ili se giba po kružnici i jednak je umnošku momenta inercije i kutne brzine. Kutni moment se mjeri u kilogramima kvadratnim u sekundi.
Rotirajućem tijelu povezana je tromost koja se zove moment tromosti. Moment inercije je poput mase u linearnom momentu jer je otpor promjeni brzine rotacije kada se primijeni zakretni moment (rotacijski ekvivalent sili).
Trenutak inercije ovisi o:
Kutni moment se izražava kao L = Iω. Ova je jednadžba analogna definiciji linearnog momenta kao p = mv. Jedinice za linearnu količinu gibanja su kg m/s, dok su jedinice za kutnu količinu gibanja kg m2/s. Kao što bismo očekivali, objekt koji ima veliki moment inercije I, kao što je Zemlja, ima vrlo veliki kutni moment. Objekt koji ima veliku kutnu brzinu ω, kao što je centrifuga, također ima prilično veliki kutni moment.
Očuvanje kutnog momenta objašnjava mnoge pojave. Ukupni kutni moment sustava ostaje nepromijenjen ako na njega ne djeluje vanjski moment. Brzina rotacije može se promijeniti jednostavnom promjenom momenta inercije.
Primjer očuvanja kutnog momenta je kada klizač izvodi okretanje. Neto zakretni moment na njoj je vrlo blizu nuli, jer postoji relativno malo trenja između klizaljki i leda i zato što se trenje vrši vrlo blizu točke zakretanja. Posljedično, ona se može vrtjeti dosta dugo. Ona može raditi i nešto drugo. Ona može povećati brzinu okretanja povlačeći ruke i noge unutra. Zašto povlačenje ruku i nogu povećava njezinu brzinu okretanja? Odgovor je da je njezin kutni moment konstantan zbog neto momenta na njoj zanemarivo malog. Njezina brzina okretanja uvelike se povećava kada povuče ruke, smanjujući njezin moment inercije. Rad koji obavlja kako bi povukla svoje ruke rezultira povećanjem rotacijske kinetičke energije.
Postoji nekoliko drugih primjera objekata koji povećavaju brzinu vrtnje jer je nešto smanjilo njihov moment inercije. Tornada su jedan primjer. Olujni sustavi koji stvaraju tornada polako se rotiraju. Kada se radijus rotacije suzi, čak i u lokalnoj regiji, kutna brzina raste, ponekad do bijesne razine tornada. Zemlja je još jedan primjer. Naš planet je rođen iz ogromnog oblaka plina i prašine, čija je rotacija nastala zbog turbulencije u još većem oblaku. Gravitacijske sile uzrokovale su da se oblak skuplja, a brzina rotacije se kao rezultat toga povećala.
U slučaju ljudskog gibanja, ne bi se očekivalo očuvanje kutnog momenta kada tijelo stupa u interakciju s okolinom dok se njegovo stopalo gura od tla. Astronauti koji lebde u svemiru nemaju kutni moment u odnosu na unutrašnjost broda ako su nepomični. Njihova će tijela i dalje imati ovu nultu vrijednost bez obzira na to kako se uvijaju sve dok se ne odgurnu sa strane plovila.
