Момент инерции — это скалярная физическая величина, которая является мерой инертности тела во вращательном движении. Она показывает, насколько трудно изменить угловую скорость объекта, и аналогична массе в поступательном движении. 1. Физический смысл Если масса тела препятствует изменению его линейной скорости, то момент инерции препятствует изменению его вращения. Величина зависит не только от общей массы объекта, но и от того, как эта масса распределена относительно оси вращения. Чем дальше масса удалена от оси, тем больше момент инерции. 2. Математическое определение Для материальной точки Момент инерции одной точки массой , находящейся на расстоянии от оси вращения, вычисляется по формуле: Для системы точек Если тело состоит из множества частиц, их моменты инерции суммируются: Для сплошного тела Для протяженного объекта расчет производится через интеграл по всему объему тела: 3. Зависимость от оси (Теорема Штейнера) Момент инерции не является неизменной характеристикой тела (как масса). Он меняется в зависимости от выбранной оси вращения. Если известен момент инерции относительно оси, проходящей через центр масс ( ), то момент инерции относительно любой параллельной оси ( ) находится по формуле: где — расстояние между осями. 4. Моменты инерции некоторых тел (относительно центра масс)
| Тело | Формула |
|---|---|
| Тонкий обруч (кольцо) | |
| Сплошной диск или цилиндр | |
| Сплошной шар | |
| Тонкий стержень (ось через центр) |
5. Роль в динамике Момент инерции связывает момент силы ( ) и угловое ускорение ( ) в основном законе динамики вращательного движения: Также он определяет кинетическую энергию вращающегося тела: где — угловая скорость. Единица измерения в СИ: килограмм-метр в квадрате (кг·м²). Я могу рассчитать момент инерции для конкретной геометрической фигуры или составить таблицу формул для более сложных объектов.