момент инерции объекта - это числовое значение, которое можно рассчитать для любого твердого тела, которое подвергается физическому вращению вокруг неподвижной оси. Он основан не только на физической форме объекта и его распределении массы, но и на конкретной конфигурации того, как объект вращается. Таким образом, один и тот же объект, вращающийся по-разному, будет иметь разные моменты инерции в каждой ситуации.
Общая формула представляет собой самое базовое концептуальное понимание момента инерции. В принципе, для любого вращающегося объекта, момент инертность можно рассчитать, взяв расстояние каждой частицы от оси вращения (р в уравнении), возводя в квадрат это значение (это р2 термин), и умножить его на масса этой частицы. Вы делаете это для всех частиц, составляющих вращающийся объект, а затем складываете эти значения вместе, и это дает момент инерции.
Следствием этой формулы является то, что один и тот же объект получает разное значение момента инерции в зависимости от того, как он вращается. Новая ось вращения заканчивается другой формулой, даже если физическая форма объекта остается прежней.
Эта формула является наиболее «грубым» подходом к расчету момента инерции. Другие представленные формулы обычно более полезны и представляют наиболее распространенные ситуации, с которыми сталкиваются физики.
Общая формула полезна, если объект можно рассматривать как набор отдельных точек, которые можно сложить. Однако для более сложного объекта может потребоваться исчисление взять интеграл по всему объему. Переменная р это радиус вектор от точки до оси вращения. Формула п(р) - функция плотности массы в каждой точке р:
Твердая сфера, вращающаяся на оси, проходящей через центр сферы, с массой M и радиус р, имеет момент инерции, определяемый по формуле:
Полая сфера с тонкой ничтожно малой стенкой, вращающейся на оси, проходящей через центр сферы, с массой M и радиус р, имеет момент инерции, определяемый по формуле:
Твердый цилиндр, вращающийся на оси, проходящей через центр цилиндра, с массой M и радиус р, имеет момент инерции, определяемый по формуле:
Полый цилиндр с тонкой незначительной стенкой, вращающейся вокруг оси, проходящей через центр цилиндра, с массой M и радиус р, имеет момент инерции, определяемый по формуле:
Полый цилиндр с вращением на оси, проходящей через центр цилиндра, с массой Mвнутренний радиус р1и внешний радиус р2, имеет момент инерции, определяемый по формуле:
Замечания: Если вы взяли эту формулу и установите р1 = р2 = р (или, более целесообразно, взял математический предел как р1 и р2 приблизиться к общему радиусу р), вы получите формулу для момента инерции полого тонкостенного цилиндра.
Тонкая прямоугольная пластина, вращающаяся вокруг оси, перпендикулярной центру пластины, с массой M и длина стороны и б, имеет момент инерции, определяемый по формуле:
Тонкая прямоугольная пластина, вращающаяся по оси вдоль одного края пластины, с массой M и длина стороны и б, где - расстояние, перпендикулярное оси вращения, имеет момент инерции, определяемый по формуле:
Тонкий стержень, вращающийся на оси, проходящей через центр стержня (перпендикулярно его длине), с массой M и длина L, имеет момент инерции, определяемый по формуле:
Тонкий стержень, вращающийся на оси, проходящей через конец стержня (перпендикулярно его длине), с массой M и длина L, имеет момент инерции, определяемый по формуле: