MomentOfInertia

MomentOfInertia[reg,pt,v]

计算围绕过 pt 点沿 v 方向的轴转动的区域 reg 的转动惯量.

MomentOfInertia[reg]

计算区域 reg 对质心的转动惯量矩阵.

MomentOfInertia[reg,pt]

计算相对点 pt 的转动惯量矩阵.

更多信息和选项

  • 转动惯量惯又叫做质量惯性矩或惯量矩. 转动惯量惯矩阵又叫做质量惯性矩矩阵或惯量矩矩阵.
  • 转动惯量是刚体对转动加速度的抵抗. 它在转动运动中的作用类似于平动中的质量. 质量是对平动加速度的抵抗.
  • 平动加速度, 加速度 , 质量
    转动加速度力矩 , 转动加速度 , 转动惯量
  • MomentOfInertia[reg,pt] 给出关于点 pt 的转动惯量,并由下式得到:
  • 二维转动惯量矩阵
    三维转动惯量矩阵
  • 其中 reg 由区域 reg 平移 -pt 得到.
  • 转动惯量矩阵 通过公式 可用来计算沿任何方向 v 的转动惯量. 在二维情况下,v 必须在 - 平面内. »
  • MomentOfInertia 是假定区域的质量密度为常数的情况下给出计算结果.
  • 对于变质量密度 , 要按照以下公式用 IntegrateNIntegrate 计算出转动惯量矩阵. »

范例

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基本范例  (4)

围绕过点 沿 方向的轴的转动惯量:

如果省去向量,则得到关于那个点的转动惯量矩阵:

运用这个矩阵和一个归一化的向量,可以求出围绕任何轴的转动惯量:

如果那个点也省去了,得到的则是关于质心的转动惯量:

这相当于通过 RegionCentroid 来指定中心点:

计算一个以符号为参数的区域的转动惯量:

范围  (24)

特殊区域  (15)

,宽 Rectangle

半径为 Disk

半轴为 Ellipse

半径为 Annulus

长为 ,半径为 StadiumShape

边长为 的正 Triangle

长为 ,宽为 ,高为 Cuboid

半径为 Ball

半轴为 Ellipsoid

半径为 SphericalShell

长为 ,半径为 Cylinder

长为 ,半径为 CapsuleShape

边长为 的长方形 Tetrahedron

边长为 ,高为 的长方形 Pyramid

边长为 ,高为 的长方形 Prism

公式确定的区域  (2)

表示为一个 ImplicitRegion 的圆盘的惯量矩阵:

圆柱体的转动惯量:

表示为一个 ParametricRegion 的圆盘的转动惯量:

换成一个有理参数化的圆盘:

圆柱体:

网格区域  (2)

二维情况下一个 MeshRegion 的转动惯量矩阵:

三维情况:

一个 BoundaryMeshRegion 的转动惯量矩阵:

三维情况:

导出区域  (3)

一个 RegionIntersection 的转动惯量:

一个 TransformedRegion 的转动惯量矩阵:

一个 RegionBoundary 的转动惯量矩阵:

地理区域  (2)

MomentOfInertia 适用于地理实体的边界多边形:

Polygon 与 GeoPosition 一起使用:

Polygon 与 GeoPositionXYZ 一起使用:

Polygon 与 GeoPositionENU 一起使用:

Polygon 与 GeoGridPosition 一起使用所得边界多边形的惯性矩:

应用  (11)

MomentOfInertia 给出的是质量密度为 1 的物体的转动惯量. 计算长 ,宽 ,高 ,且质量密度为 Cuboid 的转动惯量:

一个具有常数质量密度 的物体的质量由 m=ρ Volume[body] 给出. 将物体的转动惯量用质量 的形式表示:

嵌入三维空间的一个二维区域的转动惯量:

左上方的 2×2 子矩阵等于该二维区域的转动惯量:

其余仅有的矩阵元只处于对角线上. 它是关于 轴的极惯性矩,根据垂直轴定理,它应等于其他两个对角矩阵元之和:

图示该区域:

一个物体的惯量主轴由转动惯量矩阵的本征向量给出:

求主轴:

当转动惯量矩阵为对角矩阵时,主轴与坐标轴重合:

这种情况下,主轴与坐标轴重合:

转动惯量矩阵可以看成一个用来定义 Ellipsoid 的矩阵:

惯量椭球的定义是 ,其中 为形心:

Eigensystem 求主轴:

显示惯量椭球和主轴:

一个转动刚体的角动量为 ,其中 为转动惯量, 为角速度. 假设一个半径为 1,均匀质量密度为 1 的球系在长为 的弦上绕 轴转动. 弦长可调节. 当 时,角速度为 . 求角速度 的函数关系:

由角动量守恒定律得知,如果一个物体没有受到外力矩的作用,则其角动量 保持不变. 根据这一定理来计算

画出 相对于 的图形:

转动刚体的动能为 ,其中 为转动惯量, 为角速度. 一个半径为 ,均匀密度为 的球围绕通过其中心的轴以角速度 转动. 求球的动能:

动能回收系统(KERS)在汽车刹车时储存其动能. 假定能量是储存在一个半径为 ,长 的转动的钢制圆柱体上. 圆柱体要转多快才能储存 的能量,假定钢的密度为 :

钢柱的转动惯量:

求储存 能量所需要的角速度:

表示成每分钟的转数:

刚体的动能由 给出,其中 为一个角速度向量, 为转动惯量矩阵. 求一个边长为 2, 4 和 6 的长方体围绕不同的轴的转动能量. 对所有情况,旋转体的质量都是相同的,但对于不同转动轴,质量的分布却是不同的,它是用转动惯量来表示的:

围绕 轴转动时:

围绕 轴转动时:

围绕 轴转动时:

一个转动刚体所受力矩 和角加速度 的关系是 ,其中 为转动惯量. 计算一个边长为一米的铅制正方体在角加速度为 时所需要的力矩:

计算转动惯量,假定铅的密度为

计算力矩:

转换为SI单位:

平行轴定理给出了围绕某一个轴的转动惯量 和围绕一个通过质心且与其平行的轴的转动惯量 之间的一个关系 ,其中 为总质量, 为两轴之间的距离:

验证平行轴定理

属性和关系  (11)

如果省略了转动点,则以 RegionCentroid 为默认值:

对于一个给定的点 ,将物体平移 后再计算其相对原点的转动惯量将得到相同的结果:

转动惯量是到转动轴的距离的平方的积分:

转动惯量矩阵定义为在整个物体上的一个积分:

Integrate 来计算一个具有变质量密度 的物体的转动惯量:

转动惯量矩阵是对称的:

转动惯量矩阵是半正定的:

二维时的转动惯量矩阵可以用 RegionMoment 来计算:

三维时的转动惯量矩阵可以用 RegionMoment 来计算:

一个点 Point 的转动惯量为这个点到轴的距离的平方:

对于一组点,它是各个点的转动惯量的和:

相连接的物体的转动惯量是各物体转动惯量的和:

Wolfram Research (2016),MomentOfInertia,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.

文本

Wolfram Research (2016),MomentOfInertia,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.

CMS

Wolfram 语言. 2016. "MomentOfInertia." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.

APA

Wolfram 语言. (2016). MomentOfInertia. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html 年

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