Назад
Содержание
Вперед
В механике твердое тело обычно рассматривают как механическую систему, масса т которой непрерывно
распределена по объему V тела, так что при вычислении момента инерции тела, суммирование в формуле (8),
переходит в интегрирование
, (10)
где - плотность тела,
- масса малого элемента объема dV,
отстоящего от оси вращения тела на расстоянии .
Пример:
Расчет момента инерции однородного цилиндра относительно его геометрической оси Z.
Мысленно разделим цилиндр высоты h и радиуса R на концентрические слои толщиной dr. Если
плотность материала цилиндра , то масса dm
, заключенная в слое dr; будет равна: ;
так как ,
то
.
Используя формулу (10), находим момент инерции однородного цилиндра:
,
где - масса цилиндра.
Подсчет момента инерции тела относительно произвольной оси облегчается, если воспользоваться теоремой
Штейнера:
, (11)
где - момент инерции тела относительно оси,
проходящей через центр масс тела и параллельной оси Z; d - расстояние между осями.
Кинетическая энергия при плоском движении
Плоским (плоскопараллельным) называется такое движение, при котором все точки тела движутся в параллельных
плоскостях. Представим плоское движение тела как поступательное движение со скоростью
, некоторой точки 0 в нем и вращения вокруг оси,
проходящей через эту же точку и перпендикулярной с
угловой скоростью .
В этом случае скорость i-той материальной точки тела определяется формулой
.
Кинетическая энергия i- той материальной точки равна
или
.
Просуммировав по всем материальным точкам, получим
или , (12)
где М - полная масса тела, -
радиус-вектор центра масс, - момент инерции тела
относительно оси, проходящей через точку О.
Если в качестве точки О взять центр масс тела С, то
и формула (12) упрощается:
. (13)
Таким образом, если разбить плоское движение тела на поступательное со
скоростью центра масс Vc и вращательное с угловой скоростью w
вокруг оси, проходящей через центр масс тела, то кинетическая энергия распадается на два независимых
слагаемых, одно из которых определяется только скоростью центра масс Vc, а другое - угловой
скоростью w.
Из (13) следует, что при вращении тела относительно оси z, проходящей через центр масс С, его
кинетическая энергия . (14)
Назад
Содержание
Вперед
|