Fichier:Rolling Racers - Moment of inertia.gif

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    Fichier d’origine (480 × 270 pixels, taille du fichier : 1,6 Mio, type MIME : image/gif, en boucle, 126 trames, 4,2 s)
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    Description
    English: An object's moment of inertia I determines how much it resists rotational motion. In this simulation, four objects are placed on a ramp and left to roll without slipping. Starting from rest, each will experience an angular acceleration based on their moment of inertia.

    The objects are, from back to front:

    1. A hollow spherical shell (red)
    2. A solid ball (orange)
    3. A ring (green)
    4. A solid cylinder (blue)

    At any moment in time, the forces acting on each object will be its weight, the normal force exerted by the plane on the object and the static friction force. As the weight force and the normal force act on a line through each object's center of mass, they result in no net torque. However, the force due to friction acts perpendicular to the contact point, and therefore it does result in a torque, which causes the object to rotate.

    Since there is no slipping, the object's center of mass will travel with speed vcm=ωr, where r is its radius, or the distance from a contact point to the axis of rotation, and ω its angular speed. Since static friction does no work, and dissipative forces are being ignored, we have conservation of energy. Therefore:

    mgh=12mvcm2+12Icm(vcmr)2

    Solving for vcm2, we obtain:

    vcm2=2gh1+Icmmr2

    Since the torque is constant we conclude, by Newton's 2nd Law for rotation τ=Iα, that the angular acceleration α is also constant. Therefore:

    vcm2=v02+2acmd

    Where, v0 = 0 and d is the total distance traveled. Therefore, we have:

    acm=ghd1+Icmmr2

    For a ramp with inclination θ, we have sin θ = h / d. Additionally, I=kmr2 for a dimensionless constant k characteristic of the geometry of the object. Finally, we can write the angular acceleration α using the relation α=acmr:

    α=gsin(θ)r(1+k)

    This final result reveals that, for objects of the same radius, the mass the object are irrelevant and what determines the rate of acceleration is the geometric distribution of their mass, which is represented by the value of k. Additionally, we observe that objects with larger values of k will accelerate more slowly.

    This is illustrated in the animation. The values of k for each object are, from back to front: 2/3, 2/5, 1, 1/2. As predicted by the formula found above, the solid ball will have a larger acceleration, reaching the finish line first.
    Date
    Source Travail personnel
    Auteur ou autrice Lucas Vieira
    Autorisation
    (Réutilisation de ce fichier)
    Public domain Moi, propriétaire des droits d’auteur sur cette œuvre, la place dans le domaine public. Ceci s'applique dans le monde entier.
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    J’accorde à toute personne le droit d’utiliser cette œuvre dans n’importe quel but, sans aucune condition, sauf celles requises par la loi.
    Autres versions OGG Theora Video: small and [[:File:Rolling Racers - Moment of inertia (HD).ogv|large (HD) and for classroom educational purposes a static image of the finish at File:Rolling Racers - Moment of inertia Photofinish.jpg ]]

    POV-Ray source code

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    Légendes

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    Comparision Of Moment Of Inertia for Different Solids.

    Éléments décrits dans ce fichier

    dépeint

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    Historique du fichier

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    Date et heureVignetteDimensionsUtilisateurCommentaire
    actuel16 juin 2021 à 23:01Vignette pour la version du 16 juin 2021 à 23:01480 × 270 (1,6 Mio)wikimediacommons>TomFryersImprove render quality and increase resolution and framerate slightly

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