4.13 Розрахунок моментів інерції деяких тіл. Теорема Штейнера

Момент інерції тіла залежить не тільки від маси тіла, а і від її розподілу відносно осі обертання. Тому одне і теж тіло має різні моменти інерції відносно різних осей обертання. Розглянемо ряд прикладів розрахунку моменту інерції, користуючись його означенням (4.40).

  1. a) момент інерції матеріальної точки . Задана маса m і радіус обертання R (рис.4.16). Знайти J.Згідно з означенням (4.40) моменту інерції  .

В нашому випадку r = R = const.

Тому   (4.45)

б) момент інерції обруча (труби) відносно осі, яка проходить через його центр і перпендикулярна площині обруча. Задана маса m і радіус обруча R (рис.4.17).     Знайти J.

 

       

(4.46)

в) Момент інерції диска (циліндра) відносно осі, яка співпадає з віссю циліндра. Задана маса диска m  і його радіус R (рис.4.18).

Знайти J

. Виберемо елемент dm  у вигляді труби радіусом r з товщиною стінки dr і довжиною b, яка дорівнює товщині диска (висоті циліндра). Маса цієї труби  . Густина   . Тому маємо

Таким чином, момент інерції обруча (циліндра) (4.47)

Видно, що порівнюючи з обручем (трубою) маса диска (циліндра) розподілена в цілому ближче до осі обертання. Тому і одержаний момент інерції менший.

г) момент інерції довгого тонкого стержня відносно осі, яка перпендикулярна до нього і проходить через середину стержня. Задані маса  m стержня і його довжина  (рис.4.19). Знайти J.

Виберемо елемент dm у вигляді частини стержня довжиною dr, який віддалений від осі на відстань r.

Його маса dm порційна довжині і дорівнює  . Момент інерції стержня

(4.48)

д) момент інерції кулі відносно діаметра. Задана маса m  і радіус R

Момент інерції кулі    (4.49)

Для розрахунку моментів інерції тіл відносно осей, які не проходять через центр маси тіл (рис.4.20), застосовується теорема Штейнера: момент інерції J тіла відносно будь-якої осі дорівнює сумі моменту інерції Jo цього тіла відносно осі, яка проходить через центр маси О тіла та паралельна заданій, і добуткові маси m тіла на квадрат відстані d між цими осями

(4.50)

Впевнимося у справедливості цієї теореми на прикладі розрахунку моменту інерції довгого стержня відносно осі, яка перпендикулярна до стержня і проходить через його край (рис.4.21). Безпосереднє інтегрування, як і у прикладі 4) дає

По теоремі Штейнера, враховуючи (4.48), одержуємо

(4.51)

такий же результат, як і безпосереднім інтегруванням.

 

 

 

You must be logged in to post a comment.

Фізика