转动惯量是刚体绕轴转动时惯性的量度,其计算公式如下:
对于质点
公式:$I = mr^2$
说明:其中 $m$ 是质点的质量,$r$ 是质点到转轴的垂直距离。
对于连续质量分布的物体
公式:$I = \int r^2 \, dm$
说明:其中 $r$ 是物体质量分布位置离转轴的距离,$dm$ 是物体质量元素。
对于特殊形状的物体
球体:$I = \frac{2}{5}mr^2$
圆柱体:$I = \frac{1}{2}mr^2$(绕轴心旋转)
薄板:$I = \frac{1}{12}m(a^2 + b^2)$(绕垂直于板的轴心旋转)
细杆:
回转轴过杆的中点并垂直于杆时:$I = \frac{mL^2}{12}$
回转轴过杆的端点并垂直于杆时:$I = \frac{mL^2}{3}$
细圆环:
回转轴通过环心且与环面垂直时:$I = mR^2$
回转轴通过环边缘且与环面垂直时:$I = 2mR^2$
回转轴沿环的某一直径时:$I = \frac{mR^2}{2}$
立方体:
回转轴为其中心轴时:$I = \frac{mL^2}{6}$
回转轴为其棱边时:$I = \frac{2mL^2}{3}$
回转轴为其体对角线时:$I = \frac{3mL^2}{16}$
这些公式可以帮助我们计算不同形状和质量的物体绕某一轴旋转时的转动惯量。在实际应用中,可以根据物体的具体形状和质量分布选择合适的公式进行计算。