什么是刚体的转动惯量


什么是刚体的转动惯量

文章插图
10种常见刚体转动惯量公式具体如下:
常用转动惯量表达式:I=mr2 。其中m是其质量,r是质点和转轴的垂直距离 。转动惯量是刚体绕轴转动时惯性(回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)的量度 。计算刚体的转动惯量时常会用到平行轴定理、垂直轴定理(亦称正交轴定理)及伸展定则 。
常见刚体转动惯量公式如下:
转动惯量的含义
转动惯量是刚体绕轴转动时惯性的量度,用字母I或J表示 。转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量,可形式地理解为一个物体对于旋转运动的惯性,用于建立角动量、角速度、力矩和角加速度等数个量之间的关系 。
转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置,而同刚体绕轴的转动状态无关 。形状规则的匀质刚体,其转动惯量可直接用公式计算得到 。一般通过实验的方法来进行测定,因而实验方法就显得十分重要 。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中 。
转动惯量的表达式为
若刚体的质量是连续分布的,则转动惯量的计算公式可写成
(式中mi表示刚体的某个质元的质量,r表示该质元到转轴的垂直距离,ρ表示该处的密度,求和号或积分号遍及整个刚体 。)
转动惯量的量纲为[L]2[M],在SI单位制中,它的单位是kg·m2 。此外,计算刚体的转动惯量时常会用到平行轴定理、垂直轴定理(亦称正交轴定理)及伸展定则 。
扩展资料
质量分布于中心点的天体(比如黑洞),无量纲转动惯量为0;质量分布于球壳上的天体(不存在),无量纲转动惯量为2/3;质量分布于赤道上的天体(也不存在),无量纲转动惯量为1 。
均匀球体,无量纲转动惯量为2/5;均匀高速自转流体椭球,无量纲转动惯量略大于04;不均匀球体:普通星球通常是密度较大的物质分布在核心(比如铁核),因此无量纲转动惯量都略小于04 。
描述面积绕同它垂直的互相平行诸转轴的转动惯量之间的关系有如下的平行轴定理:面积对于一轴的转动惯量,等于该面积对于同此轴平行并通过形心之轴的转动惯量加上该面积同两轴间距离平方的乘积 。由于和式的第二项恒大于零,因此面积绕过形心之轴的转动惯量是绕该束平行轴诸转动惯量中的最小者 。
参考资料来源:百度百科-无量纲转动惯量
参考资料来源:百度百科-转动惯量
刚体的转动惯量是与下列三个因素有关:
(1)与刚体的质量有关 。例如半径相同的两个圆柱体,而它们的质量不同,显然,对于相应的转轴,质量大的转动惯量也较大 。
(2)在质量一定的情况下,与质量的分布有关 。例如 , 质量相同、半径也相同的圆盘与圆环,二者的质量分布不同,圆环的质量集中分布在边缘,而圆盘的质量分布在整个圆面上,所以 , 圆环的转动惯量较大 。