Conceptele de inerție și impuls sunt deseori confundate – probabil din cauza similitudinii definițiilor lor. Inerția este în general descrisă ca fiind rezistența unui obiect la mișcare, iar impulsul este tendința unui obiect de a continua să se deplaseze. Ambele au implicații pentru aplicațiile de mișcare liniară, dar, în timp ce inerția este un parametru de dimensionare fundamental, impulsul nu este abordat direct în calculele sistemului. Pentru a face distincția între cele două și a afla de ce se întâmplă acest lucru, vom examina definițiile și utilizările fiecăruia.
Inerția: Rezistența la schimbarea vitezei
Inerția este rezistența unui corp la schimbarea vitezei și este legată de masa sa și de distanța acestei mase față de axa de rotație. Ilustrația clasică a inerției este un patinator artistic care se rotește pe gheață. Atunci când brațele sale sunt întinse, o parte din masa sa este departe de axa de rotație și, prin urmare, se învârte cu o viteză relativ mică. Dar dacă ea își trage brațele aproape de corp, viteza de rotație crește, deoarece întreaga ei masă este acum aproape de axa de rotație I = mr2 unde I = momentul de inerție al masei (kg-m2 sau lb-ft2); m = masa (kg sau lb); și r = distanța față de axa de rotație (m sau ft).
Rețineți că aceasta este o ecuație generală pentru inerția unei mase punctiforme. Sunt disponibile ecuații specifice pentru diferite forme, cum ar fi cilindrul gol, cilindrul solid, discul și așa mai departe.
Momentum: Masa în mișcare
Momentul, pe de altă parte, este produsul dintre masa și viteza unui obiect și este uneori denumit „masa în mișcare”. În timp ce o modificare a formei – distanța masei față de axa de rotație – va modifica inerția unui sistem, momentul unui sistem nu poate fi modificat decât dacă o forță exterioară acționează asupra sa. Acest principiu este cunoscut sub numele de conservarea impulsului. Exemplul clasic al impulsului este un joc de biliard. Gândiți-vă la o bilă în mișcare, cum ar fi bila albă, care se ciocnește cu o bilă care nu se mișcă. Dacă bila albă se oprește din mișcare (v=0), impulsul său a fost complet transferat celei de-a doua bile. Dacă în urma coliziunii, ambele bile se mișcă, atunci impulsul bilei albe este împărțit între cele două bile.
Ecuația impulsului pentru un sistem liniar este pur și simplu P = mv unde P = impuls (kg-m/sec sau lb-ft/sec); m = masă (kg sau lb); și v = viteză (m/s sau ft/sec).
Această ecuație se corelează perfect cu descrierea anterioară a impulsului ca „masă în mișcare”. Dar atunci când mișcarea este de rotație, intră în joc distanța masei față de axa de rotație. Prin urmare, momentul cinetic este exprimat ca produs al inerției de rotație și al vitezei unghiulare: L = I ω unde L = momentul unghiular (kg-m2/sec sau lb-ft2/sec); I = momentul de inerție de rotație (kg-m2 sau lb-ft2); și ω = viteza unghiulară (rad/sec).
Pentru aplicațiile de mișcare, inerția este un factor important în calculele de dimensionare a motorului. Dacă inerția motorului este semnificativ mai mică decât inerția sarcinii sau a sistemului, motorul va avea dificultăți în acționarea și controlul sarcinii, iar timpul de răspuns și rezonanța vor fi ridicate. Dimpotrivă, dacă inerția motorului este mult mai mare decât inerția sarcinii sau a sistemului, atunci motorul este probabil supradimensionat, iar sistemul va fi ineficient.
Deși impulsul nu este luat în considerare în mod direct la dimensionarea componentelor de mișcare, efectul său este evident. Revenind la exemplul patinatoarei pe gheață: principiul conservării momentului unghiular este cel care dictează că viteza patinatoarei trebuie să crească atunci când brațele ei sunt trase în apropiere de corp. Prin reducerea inerției ei (I = mr2 unde r a fost micșorat) viteza ei unghiulară, ω, trebuie să crească pentru ca momentul unghiular să rămână constant.
.