කෝණික ගම්‍යතාව - පෞරාණික යාන්ත්‍ර විද්‍යාව

භෞතික විද්‍යාවේදී, කෝණික ගම්‍යතාවය (කලාතුරකින්, ගම්‍යතාවයේ මොහොත හෝ භ්‍රමණ ගම්‍යතාවය) යනු රේඛීය ගම්‍යතාවයේ භ්‍රමණ ප්‍රතිසමයයි. එය භෞතික විද්‍යාවේ වැදගත් ප්‍රමාණයක් වන්නේ එය සංරක්‍ෂිත ප්‍රමාණයක් වන බැවිනි - සංවෘත පද්ධතියක සම්පූර්ණ කෝණික ගම්‍යතාව නියතව පවතී. කෝණික ගම්‍යතාවයට දිශාවක් සහ විශාලත්වයක් ඇති අතර දෙකම සංරක්ෂණය කර ඇත. බයිසිකල් සහ යතුරුපැදි, ෆ්‍රිස්බී, රයිෆල් උණ්ඩ සහ ගයිරොස්කෝප් ඒවායේ ප්‍රයෝජනවත් ගුණාංග කෝණික ගම්‍යතා සංරක්ෂණයට ණයගැතියි. කෝණික ගම්‍යතා සංරක්‍ෂණයේදී සුළි කුණාටු සර්පිලාකාර සාදන අතර නියුට්‍රෝන තාරකාවල ඉහළ භ්‍රමණ වේගයක් ඇති කරයි. සාමාන්‍යයෙන්, සංරක්ෂණය මඟින් පද්ධතියක ඇති විය හැකි චලිතය සීමා කරයි, නමුත් එය එය අනන්‍ය ලෙස තීරණය නොකරයි.

කෝණික ගම්‍යතාව විස්තීරණ ප්‍රමාණයකි; එනම් ඕනෑම සංයුක්ත පද්ධතියක සම්පූර්ණ කෝණික ගම්‍යතාවය එහි සංඝටක කොටස්වල කෝණික ගම්‍යතාවයේ එකතුවයි. අඛණ්ඩ දෘඩ ශරීරයක් හෝ ද්‍රවයක් සඳහා, සම්පූර්ණ කෝණික ගම්‍යතාව යනු මුළු ශරීරය පුරා කෝණික ගම්‍යතා ඝනත්වයේ පරිමාව අනුකලනයයි (පරිමාව ශුන්‍යයට හැකිලෙන විට සීමාව තුළ ඒකක පරිමාවකට කෝණික ගම්‍යතාව). 

බාහිර බලයක් නොමැති නම් එය සංරක්ෂණය වන රේඛීය ගම්‍යතා සංරක්‍ෂණයට සමානව, බාහිර ව්‍යවර්ථයක් නොමැති නම් කෝණික ගම්‍යතාව සංරක්ෂණය වේ. ව්‍යවර්ථය, බලයට සමාන කෝණික ගම්‍යතාවයේ වෙනස් වීමේ වේගය ලෙස අර්ථ දැක්විය හැක. ඕනෑම පද්ධතියක ශුද්ධ බාහිර ව්යවර්ථය සෑම විටම පද්ධතියේ සම්පූර්ණ ව්යවර්ථයට සමාන වේ; වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, ඕනෑම පද්ධතියක අභ්‍යන්තර ව්‍යවර්ථවල එකතුව සැමවිටම 0 වේ (මෙය නිව්ටන්ගේ තුන්වන චලිත නියමයේ භ්‍රමණ ප්‍රතිසමයයි). එබැවින්, සංවෘත පද්ධතියක් සඳහා (ශුද්ධ බාහිර ව්‍යවර්ථයක් නොමැති විට), පද්ධතියේ සම්පූර්ණ ව්‍යවර්ථය 0 විය යුතුය, එනම් පද්ධතියේ සම්පූර්ණ කෝණික ගම්‍යතාවය නියත වේ. යම් අන්තර්ක්‍රියාවක් සඳහා කෝණික ගම්‍යතාව වෙනස් වීම ආවේගයේ කෝණික ප්‍රතිසමය වේ. නමුත් මෙය තරමක් දුර්ලභ ය.

අර්ථ දැක්වීම 

දෙන ලද මූල ලක්ෂයක් වටා අංශුවක කෝණික ගම්‍යතාව

මෙහි,  

 = අංශුවේ කෝණික ගම්‍යතාවය
 = අංශුවේ පිහිටුම් දෛශිකය (මූල ලක්ෂයට සාපේක්ෂව)
 = අංශුවේ රේඛීය ගම්‍යතාවය
 = දෛශික අතර කතිර ගුණිතය 

අර්ථ දැක්වීමෙන් ලැබෙන පරිදි කෝණික ගම්‍යතාවයේ ව්‍යුත්පන්න SI ඒකක නිවුටන් මීටර් තප්පර (N.m.s හෝ kg.m2s-5) වේ. කතිර ගුණිතය හේතුවෙන් L ව්‍යාප්ත දෛශිකයක්වන අතර එය r - අරීය දෛශිකය සහ p ගම්‍යතා දෛශිකය යන දෛශික දෙකටම ලම්භ වේ. එය සඳහා ( අභි දිශාව සඳහා)  දකුණත් නියමය මගින් සලකුණක් දෙනු ලැබේ. 

පද්ධතියක අංශු කිහිපයක් අංඩගුවන විට මූල ලක්ෂයක් වටා සමස්ත කෝණික ගම්‍යතාව, එම අංශු එක එකෙහි කෝණික ගම්‍යතාවල ‍ෙඑක්‍යය ( හෝ අනුකලය) මගින් ලබා ගත හැක. තවද, විස්තාපනය - r හි වර්ගය අංශුවෙහි ස්කන්ධය සහ කෝණික ප්‍රවේගයේ ගුණිතය මගින් ද කෝණික ගම්‍යතාව ලබාගත හැක.

කක්ෂීය සහ භ්‍රමක කෝණික ගම්‍යතා 
 

අංශු සමූහයක කෝණික ගම්‍යතාව එහි ස්කන්ධ කේන්ද්‍රය වටා සැලකීමෙන් ගණිත කර්ම වඩාත් සරලවන අතර එබැවින් එසේ සැලකීම බොහෝ විට වඩාත් පහසු වේ.

අංශු සමූහයක කෝණික ගම්‍යතාව එක් එක් අංශුවෙහි කෝණික ගම්‍යතා ‍ෙඑක්‍යයවලට සමාන වේ.

මෙහි Ri යනු සමුද්දේශ ලක්ෂයේ සිට I අංශුවට ඇති දුර ප්‍රමාණයයි, mi යනු එහි ස්කන්ධයද  vi  යනු එහි ප්‍රවේගයද වේ. ස්කන්ධ ස්කන්ධ කේන්ද්‍රය පහත පරිදි නිර්ණය කෙරේ. 

මෙහිදී සියළු අංශුවල සමස්ත ස්කන්ධය පහත සමීකරණය මගින් ලැබේ. 

ඒ අනුව ස්කන්ධ කේන්ද්‍රයෙහි ප්‍රවේගය පහත ලෙස ලැබේ.

මෙහි Ri යනු ස්කන්ධ කේන්ද්‍රයේ සිට i අංශුවෙහි විස්තාපනය සහ vi යනු ස්කන්ධ කේන්ද්‍රයට සාපේක්ෂව i අංශුවේ ප්‍රවේගය ලෙස අර්ථ දැක්වූ කළ, 

Ri = R + ri¬  සහ V2  + Vi   යන සමීකරණ අපට ලැබේ. 

තවද,

   සහ    ද වේ.

එවිට කෝණික ගම්‍යතාවය පහත සමීකරණයේ පරිදි ලැබේ. 

මෙහි පළමු පදය මගින් ස්කන්ධ කේන්ද්‍රයෙහි කෝණික ගම්‍යතාව නිරූපණය වේ. මෙම අගය ස්කන්ධ කේන්ද්‍රයේ M ස්කන්ධයක් හා V ප්‍රවේගයක් සහිත තනි අංශුවක් තිබේ නම් ලැබෙන කෝණික ගම්‍යතා අගයට සමාන වේ. දෙවැනි පදය මගින් සිය ස්කන්ධ කේන්ද්‍රය වටා භ්‍රමණය වන අංශු නිසා ඇතිවන කෝණික ගම්‍යතාව නිරූපණය වේ. යම් හෙයකින් සලකනු ලබන අංශු සමූහය එක් වී තනි දෘඩ වස්තුවක් තැනෙන අවස්ථාවකදී මෙම දෙවැනි පදය තව දුරටත් සරළ හැකි වේ. ස්කන්ධය / පදාර්ථය සන්තතිකව ව්‍යාප්තව ඇති අවස්ථාවක් සඳහාද මීට ප්‍රතිසම ප්‍රතිඵලයක් ලද හැකි වේ.

භ්‍රමණයේ අචල අක්ෂය 
 

තනි අක්ෂයක් වටා සිදුවන භ්‍රමණ පිළිබඳ සලකා බැලෙන යෙදුම් බොහොමයක් සඳහා කෝණික ගම්‍යතාවයේ ව්‍යාප්ත දෛශික ස්වභාවය නොසලකා එය වාමාවර්ත විට ධන හා දක්ෂිණාවර්ත විට ඍණ වන අදීශයක් ලෙස සැලකීම කළ හැක. මේ සඳහා එකක දෛශිකය ඉවත්කර කතිර ගුණිතයේ නිර්වචනය ලබා ගත්හ. එවිට කෝණික ගම්‍යතාවය පහත පරිදි ලැබේ.

මෙහි θr,p යනු r සිට p දක්වා මනිනු ලබන r හාp අතර කෝණය වේ. θr,p හි මෙම නිර්වචනය ඉතා වැදගත් වන්නේ එය නොමැති කළ කතිර ගුණිතයෙහි සලකුණ අර්ථ විරහිත වන බැවිනි. ඒ අනුව ඉහත සමීකරණ ඇසුරින්, අර්ථ දැක්වුම පහත සමීකරණ යුගලින් ඕනෑම එකක් ලැබෙන පරිදි ප්‍රතිනිර්මාණය කළ හැක. 

මෙහි   p දක්වා ඇති ලීවර බාහු දුර ප්‍රමාණය ලෙස හැඳින්වේ. 

ලීවර බාහු දුර ප්‍රමාණය , මූල ලක්ෂයේ සිට p චල‍ිතවන රේඛාවට  ඇති දුර ප්‍රමාණය ලෙස සැලකීම මෙය වටහා ගැනීමට ඇති පහසුම ක්‍රමය වේ. මෙම අර්ථ දැක්වීම යටතේ L ට අදාල ලකුණ නිර්ණය කරගැනීම සඳහා p හි දිශාව (වාමාවර්තව  හෝ දක්ෂිණාවර්තව දිශානතව ඇති බව) සැලකිය යුතුය. 

එසේම,

මෙහි  යනු r ට ලම්භ වන p හි සංරචකයයි. ඉහත පරිදිම භ්‍රමණ අත අනුව ලකුණ නිර්ණය කෙරේ.

නියත සමමිතික අක්ෂය වටා භ්‍රමණය වන නියත ස්කන්ධයෙන් යුත් වස්තුවක කෝණික ගම්‍යතාව එහි අවස්ථිති ඝූර්ණය සහ කෝණික ප්‍රවේග  දෛශිකය අතර ගුණිතයෙන් ලබාගත හැක.

 

මෙහි, 
I යනු වස්තුවේ අවස්ථිති ඝූර්ණය වේ. (මෙය සාමාන්‍යයෙන් ආතානක ගුණයකි. 

W යනු කෝණික ප්‍රවේගයයි.

කෝණික ගම්‍යතා සංස්ථිතිය 

සංවෘත පද්ධතියක කෝණික ගම්‍යතාව නියත වේ. අවකාශයේ සන්තතික දුෂ්‍යය  සමමිතිය ඇසුරින් මෙම සංස්ථිතික නියමය ගණිතමය වශයෙන් ලබාගත හැකි වේ. ( අවකාශයේ ඕනෑම දිශාවක් වෙනත් ඕනෑම දිශාවකින් වෙනස් නොවේ)
නෝකර් ප්‍රමේයය බලන්න.
  
කෝණික ගම්‍යතාවයේ කාලය විෂයෙහි ව්‍යුත්පන්නය ව්‍යාවර්තය නම් වේ.

එබැවින් ගණිතමය වශයෙන් සලකන කළ පද්ධතියක් සංවෘත වීම සඳහා පද්ධතිය මත බාහිර ව්‍යාවර්ථය ශූන්‍යය විය යුතුය.

මෙහි    යනු අංශු පද්ධතිය මත යෙදෙන ඕනෑම ව්‍යාවර්ථයකි.

කක්ෂයන්හිදී කෝණික ගම්‍යතාව, ග්‍රහලෝකයේ භ්‍රමණය සහ එහි කක්ෂීය චලනයේ කෝණික ගම්‍යතාව ලෙස කොටස් දෙකකින් යුක්ත වේ.

;

යම් හෙයකින් කිසියම් ග්‍රහලොවක් අපේක්ෂිත සීඝ්‍රතාවයට අඩු සීඝ්‍රතාවයකින් භ්‍රමණය වේනම් එම ග්‍රහලොව හා බැඳුණු චන්ද්‍රිකාවක් ඇති බවට තාරකා විද්‍යාඥයින් කළ සැකයක් මතුවිය හැක. ඊට හේතුව ග්‍රහලොවේ මුළු කෝණික ගම්‍යතාව සංස්ථිතික නියමයට අනුව ග්‍රහලොව හා චන්ද්‍රිකාව අතර බෙදී යාමයි.

කේන්ද්‍රික බල චලිත විශ්ලේෂණයේදී කෝණික ගම්‍යතා සංස්ථිතිය සුලභව භාවිත වේ. කිසියම් වස්තුවක් මත ක්‍රියාකරන සම්ප්‍රයුක්ත බලය හැමවිටම කිසියම් අචල ලක්ෂයක් වෙත  යොමුව ඇත්නම්ද,එය එහි කේන්ද්‍රය නම් ද එවිට කේන්ද්‍රයට සාපේක්ෂව වස්තුව මත ව්‍යාවර්තයක් ක්‍රියාත්මක නොවන බැවින් එම කේන්ද්‍රය වටා වස්තුවේ කෝණික ගම්‍යතාව නියත වේ. පරමාණුවේ බෝර් ආකෘතිය, සහ ග්‍රහ ලෝක සහ  චන්ද්‍රිකා වල කක්ෂ ආශ්‍රිත විශ්ලේෂණයන්හිදී නියත කෝණික ගම්‍යතාව අතිශය වැදගත් වේ.

හිම මත ලිස්සා යන ක්‍රීඩාවක් ඇ‍ෙග් ශරීරයේ සිරස් බ්‍රමණ අක්ෂය දෙසට දෑත් සහ දෙපා ලංකරන විට ඇය කෝණික ත්වරණයකට ත්වරනයකට භාජනය වීම කෝණික ගම්‍යතා සංස්ථිතිය මගින් පැහැදිලි කල හැක. ඇය සිය දෑත් හා දෙපා භ්‍රමණ අක්ෂයට ලං කර ගන්නා විට ඇගේ සිරුරේ ස්කන්ධයෙන් කොටසක් එහි භ්‍රමණ අක්ෂයට වඩාත් ලංවන හෙයින් ඇගේ සමස්ත අවස්ථිය ඝූර්ණය අඩු වේ. බාහිර ව්‍යාර්ත රහිත විට කෝණික ගම්‍යතාව නියත වන බැවින් එවිට ඇගේ කෝණික ප්‍රවේගය (භ්‍රමණ වේගය )ඉහළ යයි.

විශාල,සෙමෙන් භ්‍රමණය වන තාරකා සුසංගික තාරකා (සුදු වාමන තාරකා නියුට්‍රෝන තාරකා සහ කළු කුහර වැනි) බවට  පත්වන විට මෙම සිද්ධිය හේතුවෙන් සුසංගික තාරකා වල භ්‍රමණ සීඝ්‍රතාව අතිශය ඉහල අගයකට පත් වේ.(යම් හෙයකින් වස්තුවක ප්‍රමාණය 104  බලයකින් කුඩා කලේ නම් එවිට එහි කෝණික ප්‍රවේගය 108 බලයකින් වැඩි වේ.)

පෘථිවි- චන්ද්‍ර  පද්ධතියේදී කෝණික සංස්ථතිය හේතුවෙන් පෘථිවියේ සිට චන්ද්‍රයා වෙත කෝණික ගම්‍යතාව හුවමාරු වේ. (මේ සඳහා චන්ද්‍රයා මගින් පෘථිවිය මත යොදන උදම් ව්‍යාවර්තය හේතු වේ මේ හේතුවෙන් ක්‍රම ක්‍රමයෙන් පෘථිවි භ්‍රමණ සීඝ්‍රතාව අඩු වන අතර (දිනකට නැනෝ තත්පර 42කින් පමණ) ඊට සමගාමීව චන්ද්‍රයාගේ කක්ෂයේ අරය ක්‍රමයෙන්  වැඩි වේ. (වසරකට 4.5cm පමණ සීඝ්‍රතාවයකිනි.)

http://en.wikipedia.org/wiki/Angular_momentum#Angular_momentum_in_classical_mechanics