對於細桿
當回轉軸過桿的中點並垂直於桿時;j=m(l^2)/12
其中m是杆的質量,l是杆的長度。
當回轉軸過桿的端點並垂直於桿時:j=m(l^2)/3
其中m是杆的質量,l是杆的長度。
對於圓柱體
當回轉軸是圓柱體軸線時;j=m(r^2)/2
其中m是圓柱體的質量,r是圓柱體的半徑。
對於細圓環
當回轉軸通過中心與環麵垂直時,j=mr^2;
當回轉軸通過邊緣與環麵垂直時,j=2mr^2;
r為其半徑
對於薄圓盤
當回轉軸通過中心與盤面垂直時,j=﹙1/2﹚mr^2;
當回轉軸通過邊緣與盤面垂直時,j=﹙3/2﹚mr^2;
r為其半徑
對於空心圓柱
當回轉軸為對稱軸時,j=﹙1/2﹚m[(r1)^2+(r2)^2];
r1和r2分別為其內外半徑。
對於球殼
當回轉軸為中心軸時,j=﹙2/3﹚mr^2;
當回轉軸為球殼的切線時,j=﹙5/3﹚mr^2;
r為球殼半徑。
對於實心球體
當回轉軸為球體的中心軸時,j=﹙2/5﹚mr^2;
當回轉軸為球體的切線時,j=﹙7/5﹚mr^2;
r為球體半徑
對於立方體
當回轉軸為其中心軸時,j=﹙1/6﹚ml^2;
當回轉軸為其稜邊時,j=﹙2/3﹚ml^2;
當回轉軸為其體對角線時,j=(3/16)ml^2;
l為立方體邊長。
只知道轉動慣量的計算方式而不能使用是沒有意義的。下面給出一些(繞定軸轉動時)的剛體動力學公式。
角加速度與合外力矩的關係:
角加速度與合外力矩
式中m為合外力矩,β為角加速度。可以看出這個式子與牛頓第二定律是對應的。
角動量:
角動量剛體的定軸轉動動能:
轉動動能
注意這只是剛體繞定軸的轉動動能,其總動能應該再加上質心動能。
只用e=(1/2)mv^2不好分析轉動剛體的問題,是因為其中不包含剛體的任何轉動資訊,裡面的速度v只代表剛體的質心運動情況。由這一公式,可以從能量的角度分析剛體動力學的問題。
轉動慣量(moment of inertia)是剛體繞軸轉動時慣性(迴轉物體保持其勻速圓周運動或靜止的特性)的量度,用字母i或j表示。其量值取決於物體的形狀、質量分布及轉軸的位置。轉動慣量只決定於剛體的形狀、質量分布和轉軸的位置,而同剛體繞軸的轉動狀態(如角速度的大小)無關。
形狀規則的勻質剛體,其轉動慣量可直接用公式計算得到。而對於不規則剛體或非均質剛體的轉動慣量,一般通過實驗的方法來進行測定,因而實驗方法就顯得十分重要。轉動慣量的表示式為i=∑ mi*ri^2,若剛體的質量是連續分布的,則轉動慣量的計算公式可寫成i=∫r^2dm=∫r^2ρdv(式中mi表示剛體的某個質元的質量,ri表示該質元到轉軸的垂直距離,ρ表示該處的密度,求和號(或積分號)遍及整個剛體。
)轉動慣量的量綱為l^2m,在si單位制中,它的單位是kg·m^2。
平行軸定理:設剛體質量為m,繞通過質心轉軸的轉動慣量為ic,將此軸朝任何方向平行移動乙個距離d,則繞新軸的轉動慣量i為:
i=ic+md^2
這個定理稱為平行軸定理。
乙個物體以角速度ω繞固定軸z軸的轉動同樣可以視為以同樣的角速度繞平行於z軸且通過質心的固定軸的轉動。也就是說,繞z軸的轉動等同於繞過質心的平行軸的轉動與質心的轉動的疊加
垂直軸定理:乙個平面剛體薄板對於垂直它的平面的軸的轉動慣量,等於繞平面內與垂直軸相交的任意兩正交軸的轉動慣量之和。
垂直軸定理
表示式: iz=ix+iy
式中ix,iy,iz分別代表剛體對x,y,z三軸的轉動慣量.
對於非平面薄板狀的剛體,亦有如下垂直軸定理成立[2]:
垂直軸定理
利用垂直軸定理可對一些剛體對一特定軸的轉動慣量進行較簡便的計算.
剛體對一軸的轉動慣量,可折算成質量等於剛體質量的單個質點對該軸所形成的轉動慣量。由此折算所得的質點到轉軸的距離 ,稱為剛體繞該軸的迴轉半徑κ,其公式為 i=mκ^2,式中m為剛體質量;i為轉動慣量。
剛體轉動慣量的測定實驗報告
轉動慣量是剛體轉動中慣性大小的量度。它與剛體的質量 形狀大小和轉軸的位置有關。形狀簡單的剛體,可以通過數學計算求得其繞定軸的轉動慣量 而形狀複雜的剛體的轉動慣量,則大都採用實驗方法測定。下面介紹一種用剛體轉動實驗儀測定剛體的轉動慣量的方法。實驗目的 1 理解並掌握根據轉動定律測轉動慣量的方法 2 熟...
用扭擺法測定物體的轉動慣量
剛體的轉動慣量是剛體轉動慣性大小的量度,是表徵剛體特性的乙個物理量。它與剛體的形狀 總質量 質量分布以及轉軸的位置有關。如果剛體是由幾部分組成的,那麼剛體總的轉動慣量j就等於各個部分對同一轉軸的轉動慣量之和,即 j j1 j2 對於形狀簡單的勻質物體,可以直接計算出它繞定軸轉動時的轉動慣量。對於形狀...
轉動慣量研究性實驗報告
實驗名稱 扭擺法測轉動慣量 1.用扭擺測定幾種不同形狀物體的轉動慣量的彈簧的扭轉常數,並與理論值進行比較 2.驗證轉動慣量平行軸定理 轉動慣量的測量,一般都是使剛體以一定形式運動,通過表徵這種運動特徵的物理量,與轉動慣量的關係,進行轉換測量。本實驗使物體作扭轉擺動,由於擺動週期及其它引數的測定計算出...