- •Раздел 3. Динамика. Основные понятия классической механики
- •Тема 1. Введение в динамику материальной точки.
- •1.1. Законы динамики материальной точки (законы Галилея—Ньютона)
- •1.2. Дифференциальные уравнения движения материальной точки
- •1.3. Две основные задачи динамики для материальной точки и их решение
- •Тема 2. Введение в динамику механической системы
- •2.1. Основные понятия и определения
- •2.4. Геометрия масс. Центр масс механической системы
- •2.2. Классификация сил
- •2.3. Дифференциальные уравнения движения механической системы
- •2.5. Моменты инерции твердого тела
- •2.6. Осевые моменты инерции некоторых однородных тел
- •2.7. Теорема о моментах инерции твердого тела относительно параллельных осей (теорема Гюйгенса-Штейнера)
2.5. Моменты инерции твердого тела
Различают осевые, планарные и полярный моменты инерции твердого тела.
Осевые моменты инерции — скалярные величины, равные сумме произведений масс всех точек тела на квадраты расстояний от этих точек до соответствующих координатных осей.
Возьмем
в теле точку
(рис. 5) с координатами
,
,
и
массой
.
Тогда осевые моменты инерции
,
где
—
расстояние
от точки
до
оси
.
Аналогично
,
(2.7)
Вычисление этих сумм в пределе сводится к вычислению определенных интегралов.
Момент инерции твердого тела относительно оси может определяться по формуле
(2.8)
г
де
—
радиус
инерции тела
относительно
оси — расстояние
от
оси
до
такой
точки тела, в которой надо сосредоточить
массу всего тела, чтобы момент
инерции этой точки был равен
моменту инерции всего тела.
П
Рисунок 5
(2.9)
Из (3.7) и (3.9) следует, что
(2.10)
Для
шара
,
то
(2.11)
2.6. Осевые моменты инерции некоторых однородных тел
1. Тонкое кольцо.
М
асса
распределена
по внешней поверхности (рис. 6).
,
2
Рисунок 6
Рисунок 7
Масса равномерно распределена по сечению:
а) круглая
пластина (диск) (рис. 7):
,
;
б
) прямоугольная
пластина (рис. 8):
,
,
;
в) круглая пластина с отверстием (рис. 9):
Рисунок 8
Рисунок 9
.
3
. Круговой
цилиндр (рис. 10):
,
;
4. Полый круговой цилиндр (рис. 11):
Рисунок 10
Рисунок 11
;
5. Тонкий стержень (рис. 12):
,
;
К
Рисунок 12
руговой конус (рис. 13):
,
;
Ш
Рисунок 13
Рисунок 14
ар (рис. 14):
,
— полярный момент.
2.7. Теорема о моментах инерции твердого тела относительно параллельных осей (теорема Гюйгенса-Штейнера)
Т
еорема.
Момент
инерции твердого тела
относительно некоторой оси
равен сумме момента инерции тела
относительно параллельной
оси, проходящей через центр масс тела,
и произведения массы тела на квадрат
расстояния между этими осями.
Д
Рисунок 15
.
Возьмем
в теле точку
массы
.
Проведем
на расстоянии
от оси
ось
(рис. 15).
Тогда момент инерции относительно этой
оси
,
,
где
—
момент инерции тела, относительно
оси, проходящей через центр масс;
;
,
т.
к.
(начало координат взято в центре масс).
Тогда
.
