转动惯量(Moment of Inertia)是刚体绕轴转动时惯性(回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)的量度,用字母 或 表示。对于不同形状和质量分布的刚体,转动惯量的计算公式有所不同:
离散质点系
对于由多个离散质点组成的系统,转动惯量的计算公式为:
其中 是第 个质点的质量, 是第 个质点到转轴的垂直距离, 是质点的总数。
连续分布刚体
对于质量连续分布的刚体,需要通过积分来计算转动惯量,基本公式为:
在实际应用中,根据刚体的形状和质量分布情况,选择合适的坐标系进行积分运算。例如:
细棒:质量为 ,长度为
绕通过棒的中心且垂直于棒的轴转动,转动惯量
绕通过棒一端且垂直于棒的轴转动,转动惯量
圆盘:质量为 ,半径为
绕通过圆心且垂直于盘面的轴转动,转动惯量
绕通过圆盘边缘且垂直于盘面的轴转动,转动惯量
球体:质量为 ,半径为
绕通过球心的轴转动,转动惯量
绕通过球体边缘的轴转动,转动惯量