轉動慣量該怎麼去理解?

時間 2021-05-06 19:02:59

1樓:蕭風

你可以結合平動的慣性去理解。

先說平動,乙個高速運動的蚊子衝向你,你一掌把它拍死。同樣乙個高速運動的汽車衝向你,快跑。速度相同的情況下,影響殺傷力的是質量。

旋轉運動同理。乙個高速旋轉的紙風車,你可以用手指輕鬆的把它搞停了。同樣乙個高速旋轉的砂輪,你最好別碰它。速度相同的情況下,影響殺傷力的是轉動慣量。

與平動慣性一樣,旋轉的慣量決定了他所具有的殺傷力。

2樓:wzq48

把轉動慣量 J 理解成「轉動時影響轉動的質量」就容易理解了。乙個物體在平動時質量m是不變的,在轉動時雖然質量m還是不變,但其「轉動時影響轉動的質量」(即轉動慣量 J)是會變化的。

一般可以認為在質量不變的前提下,

質量離旋轉中心越遠(比如伸開四肢、直體空翻)則轉動慣量 J 越大,

質量離旋轉中心越近(比如收攏四肢、團身空翻)則轉動慣量 J 越小。

有了以上對轉動慣量 J的理解,再根據角動量守恆原理,L = Jω= 恒量,

如果 J 越大則ω越小。J 越小則ω越大。(ω為角速度)就順理成章,不難理解了。

3樓:不太好取名

比較好的理解方式是將轉動和平動看作兩個極為類似的運動系統。它們的公式在原理上是一脈相承的,所以會有很多同類的公式。

質量有兩種定義:1. 物質含有物質的量。

2. 改變物質運動狀態的難易程度。所以質量在某種意義上是慣性的一種定性描述(慣性無大小)。

對於平動來講,質量就是m。模擬到轉動中就是轉動慣量I。

下面我再寫一段模擬可以幫助你理解轉動系統。平動的基本單位是位移r(displacement)。用r而不是x的好處是r代表(x0,y0,z0)的三維位移但是x只能代表x方向上的。

所以在這個基礎上定義速度(velocity)v=dr/dt和加速度(acceleraction)a=dv/dt。本來有很多展開公式和推論,但我這邊不能引入公式,所以就定義速度加速度。

轉動系統中基礎位移是角位移θ(angular displacement),與平動類似我們定義角速度(angular velocity)ω=dθ/dt和角加速度(angular acceleraction)α=dω/dt。在平動中的牛頓第二定律公式F=ma=dp/dt描述了力如何改變物體運動的量。先從F=ma來看,它把物體的加速度和質量結合起來,若恒力,質量越大,加速度越小,相應單位時間改變物體的速度就越少,這量化了力對物質運動狀態改變的效果。

在看F=dp/dt,P動量(momentum)描述的是物體運動的運動狀態的量,而dp/dt為描述物體瞬時改變物體運動狀態的量化分析。

講了一大堆平動,這時候就要引入轉動的「力」了。之前高中做題的時候總是把物質看作質點,這麼做的前提是物質沒有形變沒有轉動,在引入轉動後就不可一把物體看作質點。在平動中改變物體運動狀態的是力,而轉動中改變轉動運動狀態的,轉動系統中的「力」就是力矩(moment)τ=FXr=Frsinθ。

F=ma,a=dv/dt。在轉動角速度和切向線速度的轉化關係有:v=ωr。

所以a=dωr/dt=rα。所以F=mrα。代回力矩的式子τ=Frsinθ=mrαrsinθ=mr^2αsinθ=Iα。

先忽略sin,我們在推導過程中預設Fr互相垂直,剛剛力矩的式子中的mr^2就是轉動慣量I的計算式。這其實是同軸轉動的特殊情況下的計算式,轉動慣量的定義計算式為∫r^2dm。

其他回答中提到的轉圈變快慢的那個其實是物質形狀的改變導致的轉動慣量的變化,由於在無外力矩的情況下角動量守恆τnet=0, dJ/dt=0,角動量形式與動量公式類似我在這就不證明了,P=mv——J=Iω,我們發現角動量一定時,當轉動慣量變小,角速度變大,這可以解釋為什麼滑冰轉速變快的例子。

綜上,所以在純轉動中,改變物體轉動運動狀態的難易程度就是轉動慣量。

4樓:一塊磚

J相當於我們以前所說的「質量」,比如說,繞軸轉動的剛體,動量是JW(慣量×角速度)相當於通常運動物體的動量MV,因為剛體的轉動不是各個點的速度是一樣的,所以不能用MV,為了計算轉動物體相關資料於是對於轉動物體的研究就引入了乙個類似於「速度V」的量W,也不能再用質量M了,就引入了慣量J,類似的還有MV∽JW,有錯誤請指正

5樓:一心

轉動慣量要用例項去理解。工作生活中有非常多的例項:陀螺、人坐在旋轉的辦公椅子上旋轉、花樣溜冰運動員高速旋轉......

這些鮮活的例子都有助於定性定量理解,理解轉動慣量與質量成正比,與半徑的平方成正比。

雜技演員在高速旋轉情況下手一張開轉動速度就降了下來。當雜技演員把身體張開的時候,她的轉動慣量增加,隨之,她的轉動角速度就會減少。

陀螺的邊緣質量越高,半徑越大,旋轉得越持久。

花樣溜冰運動員在高速旋轉情況下,手一張開轉動速度就降了下來。

上面的OL,她只要雙腳離地,把四肢收起來,立即就會高速旋轉。把四肢伸開,旋轉速度立即就會減慢。

6樓:微元

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