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。
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)。
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。
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。