大学物理 · 刚体转动

转动惯量实验台

同一个刚体,什么都没拆、什么都没加,只把转轴挪开,转动惯量会不会变? 先留下预测,再让等质量点替你核对。

观察:每一小份质量离轴多远?

均匀圆盘 · 质心轴
刚体质量元与当前转轴的距离示意图 等质量点离当前轴越远,点越大、颜色越偏红,表示对转动惯量的贡献越大。

图中小点代表等质量元;点的大小与光晕只表示相对贡献,并非质量真的改变。

质心轴惯量 IC 0.360 千克·米²
移轴增量 Md² 0.000 千克·米²
当前轴惯量 I 0.360 千克·米²
I = ½MR² + Md²

= ½ × 2.0 × 0.60² + 2.0 × 0.00² = 0.360 千克·米²

把点阵读成公式

I = ∫ r² dm

把刚体分成许多小质量 dm:每一份都按它到转轴的垂直距离 r 的平方计入。质量相同,离轴更远的那一份影响更强。

薄圆环,中心轴IC = MR²
均匀圆盘,中心轴IC = ½MR²
均匀细杆,中心垂直轴IC = ¹⁄₁₂ML²
任意平行轴I = IC + Md²