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Title [Harry Kim] Phys C Mech Rotation about an Axis of Symmetry
Lesson.26_Dynamics of Rotational Motion.3 27
Author phy*** Date Posted 2024-10-17 오후 6:55:37

안녕하세요 선생님! 강의 열심히 듣고 있습니다.


Dynamics of Rotational Motion III 부분에 개념 설명 중 여쭤보고 싶은게 있습니다.


여기서 Rotational axis 가 Axis of Symmetry 가 아니면 torque 가 있다 라고 설명을 해 주시는데, 

그러면 Rotational axis 가 axis of symmetry 에 있으면 (dL/dt 가 constant 하다면) torque 가 없다는 뜻이 될까요?

torque 가 없어도 object 가 계속 돌아갈수 있는건가요? 이 점이 약간 헷갈려서 설명 해 줄수 있으시면 감사하겠습니다!


강의가 많이 도움 됩니다! 좋은 하루 보내세요.

Attachment rotationaboutanaxisofsymmetry.jpg
2024-10-20 오전 9:59:14

답변이 늦어서 미안합니다. 

 

일단 질문에 대한 대답은 yes 입니다. net Torque 가 없어도 constant angular velocity rotation 은 가능합니다. 이것은 linear dynamics 공부할 때 보았던, force 가 없어도 물체는 여전히 직선 운동을 한다는 것과 마찬가지인 얘기입니다. Force 가 있어야 linear motion 이 변할 수가 있죠. 하지만 force 가 없어도 constant velocity llnear motion 은 가능합니다. motion 이 변하지 않을 뿐이지 원래 움직이던 대로 계속 움직입니다. 이것을 rotation 으로 적용하면, torque 가 있으면 rotational motion 이 변하겠지만, torque 가 없어도 원래 돌아가던 대로 계속 변하지 않고 돌아간다는 뜻이 됩니다. 

 

axis of symmetry 가 아닌 axis 을 중심으로 돌아갈 때, 즉 wabbling 할 때는, 학생이 이해한대로 angular momentum 이 계속 변합니다. 당연히, net torque 가 있어야 합니다. 똑바로 서있지 못하고 비틀거리면서 돌아가는 팽이를 예로 들면, 바닥이 팽이의 축을 지지하는 점과 팽이의 center of mass 가 vertical 하게 일치하지 않으므로, 중력에 의한 net torque 가 생기고 이것이 angular momentum 의 direction 을 계속 변하게 합니다. 

 

AP Physics C 수준에서는 이 정도만 알고 있어도 되는데, 학생이 관심이 있다면 Linear algebra, 더 나아가서 Tensor 라는 것들을 배우고 Principal axis 등의 개념등을 알게 되면 보다 일반적인 회전축, momentum of inertia, 그리고 torque 등의 관계에 대해 공부해볼 수 있겠습니다. 

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