物理中的惯性矩是什么?

物体的惯性矩是围绕固定轴进行旋转运动的刚体的计算量度:也就是说,它测量改变物体的难度's当前转速。该测量基于物体内的质量分布和轴的位置来计算,这意味着相同的物体可以具有非常不同的惯性矩值,这取决于旋转轴的位置和方向。

从概念上讲,惯性矩可以被认为是表示物体'角速度变化的阻力,类似于质量如何表示牛顿下非旋转运动速度变化的阻力's运动定律。惯性矩计算确定减慢,加速或停止物体所需的力's旋转。

国际单位惯性矩(SI单位)为每平方米1公斤(kg-m2)。在等式中,它通常由变量II科普小知识手抄报表示(如所示的等式)。

惯性矩的简单例子

旋转特定物体(相对于枢轴点以圆形图案移动)有多困难?答案取决于对象的形状以及对象's质量集中的位置。因此,例如,在中间具有轴线的车轮中,惯性量(变化阻力)相当小。所有质量均匀地分布在枢轴点周围,因此车轮上正确方向的少量扭矩将使其改变其速度。然而,如果你试图将同一个车轮相对于其轴线翻转,或者旋转一个电话极点,那么它会更难,并且测量的惯性矩会更大。

使用惯性矩

围绕fi旋转的物体的惯性矩固定对象可用于计算旋转运动中的两个关键量:

  • 旋转动能:K=2
  • 角动量:L=

你可能会注意到,上述方程与线性动能和动量的公式非常相似,惯性矩&##34;I"代替质量"m&##34;和角速度"ω"代替速度"v,"这再次证明了旋转运动和更传统的线性运动情况下各种概念之间的相似性。

计算惯性矩

此页面上的图形显示了如何计算最一般形式的惯性矩的公式。它基本上由以下步骤组成:

  • 测量从物体中的任何粒子到对称轴的距离r
  • 平方距离
  • 乘以该平方距离乘以粒子质量
  • 对物体中的每个粒子重复
  • 将所有这些值相加

对于具有明确定义数量的粒子(或可以作为粒子处理的分量)的极其基本的对象,可以如上所述对该值进行强力计算。实际上,尽管如此,大多数对象足够复杂,这是特别可行的(尽管一些聪明的计算机编码可以使暴力方法相当简单)。

相反,有多种计算惯性矩的方法特别有用。许多常见物体,例如旋转圆柱体或球体,具有非常明确的惯性矩公式。有数学方法可以解决问题并计算这些物体的惯性矩这是更罕见和不规则的,因此构成更多挑战。