兩個質量為M的圓環繞軸轉動,一質量分佈均勻,一質量分佈不均勻,轉動慣量誰大

2021-03-27 07:06:57 字數 6002 閱讀 4542

1樓:弈軒

一、【答】就此題的條件而言,無法判定誰的轉動慣量誰大。

原因有三點:①沒有說明這兩個圓環的大小(半徑),在其他條件均保持不變的情況下,半徑越大轉動慣量越大。②沒有標明圓環所繞軸與圓環的相對位置和角度關係。

而同一個物體繞不同旋轉軸的轉動慣量是不同的。③即便①、②兩點條件相同。就「分佈不均勻」而言沒有具體說明是如何分佈不均,因為質量越「集中靠外」分佈(其他條件不變)轉動慣量相對越大,故無法和「分佈均勻」進行比較。

二、【名詞解釋】

「轉動慣量」是剛體繞軸轉動時慣性的量度。(通俗解釋:轉動慣量越大,物體越難轉起來,同時轉起來的物體也越難停下)要注意轉動慣量和物體是否旋轉及速度無關,就如同物體的「慣性」只與質量成正比而和速度無關。

三、【舉例說明】

以下例子均滿足提問條件,即物體均為圓環。旋轉軸和圓環的粗細均認為是無窮細。圖中圓環紅色部分和藍色部分長度均等而質量分別為λ·m、(1-λ)·m,(0<λ<1),同一顏色質量分佈均勻。

半徑均用r(小寫、可帶下標)表示、轉動慣量用i表示(帶下標)。如下表(圖)

上述例子的公式推導過程見【附錄】。

四、【總結】

由上述例子可得:「旋轉軸在圓心且垂直於圓環」時,例圓環a、圓環b(圖1),因為環上的每一個質點與轉動軸的距離都相等(空間中點到直線的距離),所以轉動慣量與質量分佈無關。

圓環d和圓環e(圖2、3)的轉動慣量均與質量分佈有關,規律都是質量越「靠近」旋轉軸,則轉動慣量越小。直觀上分析:圓環d的質點與旋轉軸平均距離最遠(點與直線的距離)、而圓環e的最近,故相同m和r以及λ在1/2附近的條件下的轉動慣量,圓環d>圓環a=圓環b>圓環e。

五、【附錄】(計算過程採用微積分,按旋轉軸到圓環的角度微分)

注:r表示質心到旋轉軸的距離(r才是圓環半徑),dm=質量/弧度*dθ

圖1.旋轉軸在圓心且垂直於圓環

圖2.旋轉軸在邊上垂直於圓環

圖3.旋轉軸為圓環的直徑

2樓:路易斯湯姆

根據慣量定義:轉動慣量是剛體繞軸轉動時慣性,公式為:j=m*r^2,如果是圓環,不管是質量均勻還是非均勻我們都認定為旋轉半徑都為r.

所以只要這兩個環質量和半徑一樣的話,慣量也是相等的。其他形狀的物體,則有所區別:

其他形狀的物體慣量可參考

3樓:爸爸大兔子

先給出答案,轉動慣量是相同的。

解題過程:

1,由於題目沒有給出圓環尺寸和半徑的值,意味著出題者認為圓環尺寸沒有影響,即可以假設題目中的圓環是一個有質量無體積的圓環。

2,轉動慣量的定義是質量m和旋轉半徑r的平方的乘積m.r.r(排版原因,寫不出平方)

3,取一小段圓環,比如1°角度的圓環,質量為m1,轉動慣量為m1.r.r。

4,把全部360°圓環加起來,轉動慣量就是m1.r.r+m2.

r.r+...+m360.

r.r=(m1+m2+...+m360).

r.r=m.r.

r(m就是圓環總質量)

5,可以看出,m1,m2,...,m360可以相等(質量分佈均勻),也可以不相等(質量分佈不均勻),但總的轉動慣量都是m.r.r

4樓:匿名使用者

質量均勻分佈的轉動慣量最小。

這是因為:

設剛體質量為m ,繞通過質心轉軸的轉動慣量為ic,將此軸朝任何方向平行移動一個距離d,則繞新軸的轉動慣量i為:

i=ic+md^2

這個定理稱為平行軸定理。

一個物體以角速度ω繞固定軸z軸的轉動同樣可以視為以同樣的角速度繞平行於z軸且通過質心的固定軸的轉動。也就是說,繞z軸的轉動等同於繞過質心的平行軸的轉動與質心的轉動的疊加。

利用平行軸定理可知,在一組平行的轉軸對應的轉動慣量中,過質心的軸對應的轉動慣量最小。

對於同樣質量的圓環來說,質量均勻分佈的圓環其質心在圓心,根據平行軸公式,i=ic,而非均勻分佈的圓環其質心偏離圓心,因此質心到圓心的距離d>0,所以i=ic+md^2>ic。

5樓:匿名使用者

兩個質量為m的圓環繞軸轉動,一質量分佈均

勻,一質量分佈不均勻,轉動慣量應該是質量分佈均勻的那個大。

滑輪是一個周邊有槽,能夠繞軸轉動的小輪。由可繞中心軸轉動有溝槽的圓盤和跨過圓盤的柔索(繩、膠帶、鋼索、鏈條等)所組成的可以繞著中心軸旋轉的簡單機械叫做滑輪。

在力學裡,典型的滑輪(pulley)是可以繞著中心軸旋轉的圓輪。在圓輪的圓周面具有凹槽,將繩索纏繞於凹槽,用力牽拉繩索兩端的任一端,則繩索與圓輪之間的摩擦力會促使圓輪繞著中心軸旋轉。滑輪實際上是變形的、能轉動的槓桿。

滑輪主要的功能是牽拉負載、改變施力方向、傳輸功率等等。多個滑輪共同組成的機械稱為「滑輪組」,或「複式滑輪」。滑輪組的機械利益較大,可以牽拉較重的負載。

滑輪也可以成為鏈傳動或帶傳動的元件,將功率從一個旋轉軸傳輸到另一個旋轉軸。

按滑輪中心軸的位置是否移動,可將滑輪分為「定滑輪」、「動滑輪」;定滑輪的中心軸固定不動,動滑輪的中心軸可以移動,各有各的優勢和劣勢。而將定滑輪和動滑輪組裝在一起可構成滑輪組,滑輪組不但省力而且還可以改變力的方向。

滑輪在初中物理教材中以知識點的形式出現,要求對力的方向、繩端移動距離、做功情況等問題作出解答。

6樓:

不一定,要看質量分佈的位置,也就是說,要看圓環的半徑大小。

7樓:匿名使用者

應該是一樣的

根據轉動慣量公式 i = 西格瑪(mi · ri^2)圓環就認為各質點到軸心距離相等,則改寫為 i = r^2 · 西格瑪mi

而西格瑪mi就等於m

如果滿足你的答案要求,請採納,謝謝!

8樓:匿名使用者

圓環形狀是繞軸線圓周對稱的話,轉動慣量一樣大,只是會產生不對稱的離心力。

轉動慣量和質量及力臂有關,圓環力臂就是半徑,質量總和相同,一週的力臂是相同的,所以總慣量相同。

9樓:王健名之歌

1.專業的知識角度來說,只要條件相等,它的慣量是一樣的。

如果不一樣,個人認為有兩種結果

2.如果在空中,同樣質量,同樣轉速,個人覺得不均勻的慣量大,3.如果在地面,同樣質量,同樣轉速,個人覺得均勻的慣量大,具體的你自己可以測試下。

10樓:匿名使用者

簡單來說,剛體轉動慣量可以看成質量微元乘距離平方的積分,所以,如果你所說的軸是圓環中心垂直於圓面的對稱軸的話,顯然兩者的結果是相同的

11樓:匿名使用者

一樣,對miri^2求和 中ri=r 所以轉動慣量i=r^2×(mi的和)=r^2×m ,與質量均勻分佈的轉動慣量一樣。

12樓:柴皚皚

i=σmiri^2,按道理將不均勻的可以跟均勻的一樣大,主要還是要看具體分佈,到底是怎樣個不均勻法。

13樓:匿名使用者

如果是繞圓環的中心軸轉達,一樣大的

14樓:匿名使用者

看臂距 重心離原點越遠 慣量越大

15樓:武當擎天棒

應該是不相等的,轉動慣量與問題的質量和轉動半徑有關,竟然一個質量分佈不均勻的問物體,雖然質量一樣,但是其質點位置不一樣吧。

質量為m,邊長為a的正方形薄板,質量均勻分佈,則繞過其中心且與正方形垂直的轉軸的轉動慣量為多少?

16樓:匿名使用者

假設我們有公式,

抄正方形的轉動bai慣量為 j=kma^2

這個時候我們把正du方形zhi等分成4個小dao正方形,根據公式可得如果小正方形繞著自己的重心轉,那麼小正方形的轉動慣量為 j=k(m/4)*(a/2)^2

根據 惠更斯-史丹納定理(平行軸定理)可得,如果小正方形繞著大正方形的重心轉的話其轉動慣量就是 (小正方形重心到轉軸的距離是l,質量是m/4)

i=j+(m/4)l^2

幾何上分析一下得到 l=(根號2)*a/4

我們可以得到大正方形的轉動慣量為 4*i

4*i=j

4j+4*(m/4)l^2=kma^2

4 * k(m/4)*(a/2)^2+4*(m/4)l^2=kma^2

(kma^2) /4 +ml^2= kma^2 。。。。。。 l=(根號2)*a/4

(ma^2)/8=0.75*kma^2

1/8=0.75k

k=1/6

所以我們得到正方形轉動慣量的公式為j=(1/6)ma^2

質量為m,邊長為a的正方形薄板,質量均勻分佈。則繞過其中心且與正方形垂直的轉軸的轉動慣量?

17樓:匿名使用者

解題過程如下圖:

一個物體以角速度ω繞固定軸z軸的轉動同樣可以視為以同樣的角速度繞平行於z軸且通過質心的固定軸的轉動。也就是說,繞z軸的轉動等同於繞過質心的平行軸的轉動與質心的轉動的疊加。

利用平行軸定理可知,在一組平行的轉軸對應的轉動慣量中,過質心的軸對應的轉動慣量最小。垂直軸定理

一個平面剛體薄板對於垂直它的平面軸的轉動慣量,等於繞平面內與垂直軸相交的任意兩正交軸的轉動慣量之和。

表示式:iz=ix+iy

剛體對一軸的轉動慣量,可折算成質量等於剛體質量的單個質點對該軸所形成的轉動慣量。

18樓:

假設我們有公式,正方形的轉動慣量為 j=kma^2

這個時候我們把正方形等分成4個小正方形,根據公式可得如果小正方形繞著自己的重心轉,那麼小正方形的轉動慣量為 j=k(m/4)*(a/2)^2

根據 惠更斯-史丹納定理(平行軸定理)可得,如果小正方形繞著大正方形的重心轉的話其轉動慣量就是 (小正方形重心到轉軸的距離是l,質量是m/4)

i=j+(m/4)l^2

幾何上分析一下得到 l=(根號2)*a/4

我們可以得到大正方形的轉動慣量為 4*i

4*i=j

4j+4*(m/4)l^2=kma^2

4 * k(m/4)*(a/2)^2+4*(m/4)l^2=kma^2

(kma^2) /4 +ml^2= kma^2 。。。。。。 l=(根號2)*a/4

(ma^2)/8=0.75*kma^2

1/8=0.75k

k=1/6

所以我們得到正方形轉動慣量的公式為j=(1/6)ma^2

質量為m,邊長為a的正方形薄板,質量均勻分佈.則繞過其中心且與正方形垂直的轉軸的轉動慣量為?

19樓:匿名使用者

求正方形繞質心軸旋轉的轉動慣量

利用二重積分來求

過程如下圖

20樓:匿名使用者

假設我們有公式,正方

形的轉動慣量為 j=kma^2

這個時候我們把正方形等分成4個小正方形,根據公式可得如果小正方形繞著自己的重心轉,那麼小正方形的轉動慣量為 j=k(m/4)*(a/2)^2

根據 惠更斯-史丹納定理(平行軸定理)可得,如果小正方形繞著大正方形的重心轉的話其轉動慣量就是 (小正方形重心到轉軸的距離是l,質量是m/4)

i=j+(m/4)l^2

幾何上分析一下得到 l=(根號2)*a/4

我們可以得到大正方形的轉動慣量為 4*i

4*i=j

4j+4*(m/4)l^2=kma^2

4 * k(m/4)*(a/2)^2+4*(m/4)l^2=kma^2

(kma^2) /4 +ml^2= kma^2 。。。。。。 l=(根號2)*a/4

(ma^2)/8=0.75*kma^2

1/8=0.75k

k=1/6

所以我們得到正方形轉動慣量的公式為j=(1/6)ma^2

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