โมเมนต์ความเฉื่อย {\displaystyle I} สามารถเขียนได้ในรูปของอัตราส่วนระหว่างผลรวมของโมเมนตัมเชิงมุมระบบกับความเร็วเชิงมุมรอบแกนหมุนหลักของระบบได้ ดังนี้
- {\displaystyle I={\frac {L}{\omega }}.}
ถ้าโมเมนตัมเชิงมุมของระบบมีค่าคงตัว แล้วโมเมนต์ความเฉื่อยจะมีค่าน้อยลง ในขณะที่ความเร็วเชิงมุมจะมีค่าเพิ่มขึ้น เมื่อรูปร่างของวัตถุไม่เปลี่ยนแปลง แล้วโมเมนต์ความเฉื่อยของระบบจะสามารถพิจารณาในเรื่องกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันได้ นั่นคือโมเมนต์ความเฉื่อยจะอยู่ในรูปของอัตราส่วนระหว่างทอร์กที่มากระทำต่อระบบกับความเร่งเชิงมุมรอบแกนหมุนหลัก คือ
- {\displaystyle \tau =I\alpha .}
สำหรับระบบเพนดูลัมอย่างง่าย สามารถนิยามโมเมนต์ความเฉื่อย {\displaystyle I} ได้ในรูปของผลคูณระหว่างมวลของวัตถุ {\displaystyle m} กับกำลังสองของระยะห่าง {\displaystyle r} จากจุดหมุนถึงวัตถุ
- {\displaystyle I=mr^{2}.}
เพราะฉะนั้น โมเมนต์ความเฉื่อยของระบบจึงขึ้นกับมวล และรูปร่างของวัตถุ รวมถึงระยะห่างจากจุดหมุนถึงมวลด้วย
เมื่อออกแรงกระทำกับวัตถุโดยไม่ผ่านศูนย์กลางมวล จะพบว่า วัตถุมีการเคลื่อนที่ในลักษณะหมุนเกิดขึ้น เช่น การเคลื่อนที่ของลูกฟุตบอล การเคลื่อนที่ของลูกโบว์ลิ่ง การหมุน [1] ของพัดลม ซึ่งวัตถุอาจจะหมุนอยู่กับที่หรือหมุนไปด้วยและเปลี่ยนตำแหน่งไปด้วย เราเรียกว่า “การเคลื่อนที่แบบหมุน” (Rotational motion)
การหมุนเกิดจากการที่เราออกแรงกระทำกับวัตถุ โดยแรงลัพธ์ไม่ผ่านศูนย์กลางมวล จะทำให้เกิดปริมาณที่ได้จากการหมุนเรียกว่า โมเมนต์ของแรงหรือทอร์ก (Torque) เมื่อวัตถุหมุนจะมีความเร็วรอบจุดหมุน เรียกว่า “ความเร็วเชิงมุม “
เมื่อออกแรงกระทำกับวัตถุที่ไม่มีการเปลี่ยนรูปร่างซึ่งเรียกว่า วัตถุแข็งเกร็ง (Rigid body) เพื่อให้เกิดการหมุนโดยออกแรงในตำแหน่งที่ห่างจากจุดหมุนไม่เท่ากัน จะพบว่า วัตถุมีการต้านการหมุนไม่เท่ากัน เราเรียกปริมาณต้านการหมุนนี้ว่า “โมเมนต์ความเฉื่อย”
1.1 ความเร็วเชิงมุม (Angular velocity : )
ความเร็วเชิงมุมคือ การกระจัดเชิงมุม () ที่กวาดไปรอบแกนหมุนในหนึ่งหน่วยเวลา
เป็นการกระจัดเชิงมุม เป็นปริมาณเวกเตอร์มีทิศตั้งฉากกับระนาบการหมุน มีหน่วยเป็นเรเดียน, rad
เป็นความเร็วเชิงมุม เป็นปริมาณเวกเตอร์มีทิศเดียวกับการกระจัดเชิงมุม มีหน่วยเป็นเรเดียน/วินาที, rad/s
เป็นเวลาขณะหนึ่ง
การหาทิศของการกระจัดเชิงมุม โดยใช้มือขวากำรอบแกนหมุน นิ้วทั้งสี่แทนทิศการหมุน นิ้วหัวแม่มือทาบไปตามแกนหมุน ทิศของการกระจัดเชิงมุมจะมีทิศเดียวกับการชี้ของหัวแม่มือ
ดังนั้น เมื่อพิจารณาขนาดของความเร็วเชิงมุม หรืออัตราเร็วเชิงมุม
1.2 ความเร่งเชิงมุม (Angular accerleration, )
วัตถุที่มีการเคลื่อนที่แบบหมุน มีความเร็วเชิงมุม ความเร็วเชิงมุมมีค่าคงตัวหรือมีการเปลี่ยนค่าได้ เช่นเดียวกับความเร็ว () เช่น ใบพัดลมที่เริ่มหมุนเร็วขึ้น
ดังนั้น ถ้าพบว่าวัตถุเคลื่อนที่แบบหมุนมีความเร็วเชิงมุมเปลี่ยนไป () ต่อหนึ่งหน่วยเวลา แสดงว่า วัตถุมีปริมาณความเร่งเชิงมุม ()
1.3 การหาความสัมพันธ์ของความเร็วเชิงเส้น, ความเร็วเชิงมุม, ความเร่งเชิงเส้น, ความเร่งเชิงมุม
เส้น
ความเร่ง ( aT ) เป็นความเร่งที่เกิดขึ้นตามแนวเส้นสัมผัส ซึ่งมีทิศเดียวกับเส้นสัมผัสวงกลมของการหมุน
เมื่อพิจารณาการหมุนของวัตถุ ปริมาณที่เป็นเชิงเส้นและเชิงมุมจะสัมพันธ์กัน โดย v = R และ a = R
พิจารณาการเคลื่อนที่แบบหมุนเมื่อความเร่งเชิงมุมคงตัว สามารถทำได้เหมือนการเคลื่อนที่แนวเส้นตรง
วัตถุหมุนเร็วขึ้น มีความเร่งเชิงมุม เครื่องหมายบวก ( + )
วัตถุหมุนช้าลง มีความเร่งเชิงมุม เครื่องหมายลบ ( – )
เมื่อเปรียบเทียบตัวแปรในระบบเชิงเส้นกับระบบเชิงมุม
จะได้สูตรเปรียบเทียบกันดังนี้
ตัวอย่างที่ 1 หินเจียระไนเริ่มหมุนจากหยุดนิ่ง ด้วยความเร่งเชิงมุมคงตัวเท่ากับ 3.14 rad/s2 เมื่อเวลาผ่านไป 3 วินาที จงหา
1. การกระจัดเชิงมุม () และจำนวนรอบ
2. ความเร็วเชิงมุม