• 平行軸定理

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    平行軸定理

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    平行軸定理,也稱為惠更斯-斯坦納定理,或簡稱為斯坦納定理,以克里斯蒂安·惠更斯和雅各布·斯坦納命名,可用于確定剛體慣性矩或面積二次矩 任何軸,給定身體關于通過物體重心的平行軸的慣性矩和軸之間的垂直距離。

    轉動慣量

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    假設質量為 m 的物體繞通過物體質心的軸 z 旋轉。 物體相對于該軸具有慣性矩 Icm。 平行軸定理指出,如果使物體繞新軸 z′ 旋轉,該新軸平行于xxx軸并從xxx軸偏移距離 d,則相對于新軸的慣性矩 I 為 與 Icm 有關

    I = I c m + m d 2 。 {\displaystyle I=I_{\mathrm {cm} }+md{2}.}

    明確地,d 是軸 z 和 z' 之間的垂直距離。

    平行軸定理可以與拉伸規則和垂直軸定理一起應用,以求出各種形狀的慣性矩。

    推導

    我們可以假設,在不失一般性的情況下,在笛卡爾坐標系中,軸之間的垂直距離位于 x 軸上,并且質心位于原點。

    xxx項是 Icm,第二項是 mD2。 最后一項中的積分是質心 x 坐標的倍數——由于質心位于原點,因此為零。

    張量泛化

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    平行軸定理可以推廣到涉及慣性張量的計算。 令 Iij 表示在質心處計算的物體慣性張量。 那么相對于新點計算的慣性張量

    其中 R = R 1 x ^ + R 2 y ^ + R 3 z ^ {\displaystyle \mathbf {R} =R_{1}\mathbf {\hat {x}} +R_{2}\ mathbf {\hat {y}} +R_{3}\mathbf {\hat {z}} \!} 是從質心到新點的位移矢量,δij 是 Kronecker delta。

    對于對角元素(當 i = j 時),垂直于旋轉軸的位移導致上述平行軸定理的簡化版本。

    平行軸定理的廣義版本可以用無坐標符號的形式

    其中 E3 是 3 × 3 單位矩陣,? {\displaystyle \otimes } 是外積。

    平行軸定理的進一步推廣給出了關于平行于軸 x、y 和 z 的參考集的任何一組正交軸的慣性張量,與參考慣性張量相關聯,無論它們是否通過質心。

    面積二階矩

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    平行軸規則也適用于平面區域 D 的二次面積矩(面積慣性矩)

    其中Iz是D相對于平行軸的面積慣性矩,Ix是D相對于其質心的面積慣性矩,A是平面區域D的面積,r是到新軸z的距離 到平面區域D的質心。D的質心與具有相同形狀且密度均勻的物理板的重心重合。

    平行軸定理

    平面動力學的極慣性矩

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    被約束平行于平面移動的剛體的質量屬性由其在該平面中的質心 R = (x, y) 及其圍繞通過 R 的軸的極慣性矩 IR 定義,該軸垂直于 飛機。 平行軸定理提供了關于任意點 S 的慣性矩 IS 和關于質心 R 的慣性矩 IR 之間的方便關系。

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    詞條目錄
    1. 平行軸定理
    2. 轉動慣量
    3. 推導
    4. 張量泛化
    5. 面積二階矩
    6. 平面動力學的極慣性矩

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