转动惯量公式

I = Σmᵢrᵢ² = ∫r²dm 平行轴:I=Ic+md²
刚体转动惯性的量度,单位kg·m²,与质量分布和转轴有关
I:转动惯量(kg·m²) m:质量(kg) r:到转轴距离(m) Ic:质心轴转动惯量 d:两轴平行距离 转动惯量与转轴位置有关

转动惯量公式详解

转动惯量是刚体转动时惯性的量度,相当于平动中的质量。

定义:I=Σmᵢrᵢ²(质点系),I=∫r²dm(连续体),r为质元到转轴的垂直距离。

常见刚体转动惯量:

圆环/薄壁圆筒(中心轴):I=mR²

圆盘/实心圆柱(中心轴):I=½mR²

细杆(过中心垂直轴):I=mL²/12

细杆(过端点垂直轴):I=mL²/3

实心球(直径轴):I=⅖mR²

球壳(直径轴):I=⅔mR²

平行轴定理:I=Ic+md²,绕任意轴的转动惯量=绕质心平行轴的转动惯量+md²。

转动定律:T=Iα(合外力矩=转动惯量×角加速度),对应平动F=ma。

常见问题

Q:转动惯量和质量什么区别?

A:质量是平动惯性的量度(F=ma),转动惯量是转动惯性的量度(T=Iα)。质量只有大小,转动惯量还与质量分布和转轴位置有关。同样质量的圆环比圆盘转动惯量大(质量离轴远)。

Q:为什么滑冰运动员收臂转速变快?

A:角动量守恒L=Iω=常数。收臂时质量靠近转轴,转动惯量I减小,所以角速度ω增大,转速变快。伸臂时I增大,ω减小。

Q:平行轴定理怎么用?

A:I=Ic+md²,已知绕质心轴的转动惯量Ic,求绕平行于质心轴、距离为d的另一轴的转动惯量时使用。注意d是两轴之间的垂直距离。

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