物理中的慣性矩是什么?
物體的慣性矩是圍繞固定軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動的剛體的計算量度:也就是說,它測量改變物體的難度's當(dāng)前轉(zhuǎn)速。該測量基于物體內(nèi)的質(zhì)量分布和軸的位置來計算,這意味著相同的物體可以具有非常不同的慣性矩值,這取決于旋轉(zhuǎn)軸的位置和方向。
從概念上講,慣性矩可以被認(rèn)為是表示物體'角速度變化的阻力,類似于質(zhì)量如何表示牛頓下非旋轉(zhuǎn)運動速度變化的阻力's運動定律。慣性矩計算確定減慢,加速或停止物體所需的力's旋轉(zhuǎn)。
國際單位慣性矩(SI單位)為每平方米1公斤(kg-m2)。在等式中,它通常由變量I或I科普小知識手抄報表示(如所示的等式)。
慣性矩的簡單例子
旋轉(zhuǎn)特定物體(相對于樞軸點以圓形圖案移動)有多困難?答案取決于對象的形狀以及對象's質(zhì)量集中的位置。因此,例如,在中間具有軸線的車輪中,慣性量(變化阻力)相當(dāng)小。所有質(zhì)量均勻地分布在樞軸點周圍,因此車輪上正確方向的少量扭矩將使其改變其速度。然而,如果你試圖將同一個車輪相對于其軸線翻轉(zhuǎn),或者旋轉(zhuǎn)一個電話極點,那么它會更難,并且測量的慣性矩會更大。
使用慣性矩
圍繞fi旋轉(zhuǎn)的物體的慣性矩固定對象可用于計算旋轉(zhuǎn)運動中的兩個關(guān)鍵量:
- 旋轉(zhuǎn)動能:K=Iω2
- 角動量:L=Iω
你可能會注意到,上述方程與線性動能和動量的公式非常相似,慣性矩#34;I"代替質(zhì)量"m#34;和角速度"ω"代替速度"v,"這再次證明了旋轉(zhuǎn)運動和更傳統(tǒng)的線性運動情況下各種概念之間的相似性。
計算慣性矩
此頁面上的圖形顯示了如何計算最一般形式的慣性矩的公式。它基本上由以下步驟組成:
- 測量從物體中的任何粒子到對稱軸的距離r
- 平方距離
- 乘以該平方距離乘以粒子質(zhì)量
- 對物體中的每個粒子重復(fù)
- 將所有這些值相加
對于具有明確定義數(shù)量的粒子(或可以作為粒子處理的分量)的極其基本的對象,可以如上所述對該值進(jìn)行強力計算。實際上,盡管如此,大多數(shù)對象足夠復(fù)雜,這是特別可行的(盡管一些聰明的計算機編碼可以使暴力方法相當(dāng)簡單)。
相反,有多種計算慣性矩的方法特別有用。許多常見物體,例如旋轉(zhuǎn)圓柱體或球體,具有非常明確的慣性矩公式。有數(shù)學(xué)方法可以解決問題并計算這些物體的慣性矩這是更罕見和不規(guī)則的,因此構(gòu)成更多挑戰(zhàn)。