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[!--downpath--]轉動力矩估算公式
I=mr2
在精典熱學中理論力學常見轉動慣量,轉動力矩(又稱質量慣性矩,簡稱慣距)一般以I或J表示,SI單位為kg·m2。對于一個質點,I=mr2,其中m是其質量,r是質點和轉軸的垂直距離。
轉動力矩的涵義
轉動力矩是質心繞軸轉動時慣性(回轉物體保持其勻速圓周運動或靜止的特點)的量度,用字母I或J表示。轉動力矩在旋轉動力學中的角色相當于線性動力學中的質量,可方式地理解為一個物體對于旋轉運動的慣性,用于構建角動量、角速率、力矩和角加速度等數個量之間的關系。
轉動力矩只決定于質心的形狀、質量分布和轉軸的位置,而同質心繞軸的轉動狀態(如角速率的大小)無關。形狀規則的勻質質心理論力學常見轉動慣量,其轉動力矩可直接用公式估算得到。而對于不規則質心或非均質質心的轉動力矩,通常通過實驗的方式來進行測定,因此實驗方式就變得非常重要。轉動力矩應用于質心各類運動的動力學估算中。
轉動力矩估算公式
對于細桿
當回轉軸過桿的中點(剛體)并垂直于桿時I=mL2/I2;其中m是桿的質量,L是桿的厚度。當回轉軸過桿的端點并垂直于桿時I=mL2/3;其中m是桿的質量,L是桿的厚度。
對于圓錐體
當回轉軸是圓錐體軸線時I=mr2/2;其中m是圓錐體的質量,r是圓錐體的直徑。
對于細圓環
當回轉軸通過環心且與環面垂直時,I=mR2;當回轉軸通過環邊沿且與環面垂直時,I=2mR2;I=mR2/2沿環的某一半徑;R為其直徑。
對于六面體
當回轉軸為其中心軸時,I=mL2/6;當回轉軸為其棱邊時I=2mL2/3;當回轉軸為其體對角線時,I=3mL2/16;L為六面體周長。
對于實心圓球
當回轉軸為圓球的中心軸時,I=2mR2/5;當回轉軸為圓球的切線時,I=7mR2/5;R為圓球直徑。
轉動力矩的來歷
大家都了解動能E=(1/2)mv2,但是動能的實際數學意義是:物體相對某個系統(選取一個參考系)運動的實際能量,(P勢能實際意義則是物體相對某個系統運動的可能轉化為運動的實際能量的大小)。
E=(1/2)mv2
把v=wr代入上式(w是角速率,r是直徑,在這兒對任何物體來說是把物體微分化分為個質點,質點與運動整體的重心的距離為r,而再把不同質點積分化獲得實際等效的r)
獲得E=(1/2)m(wr)2
由于某一個對象物體在運動當中的本身屬性m和r都是不變的,因而把關于m、r的變量用一個變量K取代,
K=mr2
獲得E=(1/2)Kw2
K便是轉動力矩,剖析實際狀況中的作用相當于牛頓運動平動剖析中的質量的作用,都是通常不輕松變的量。