Теорема Гюйгенса — Штейнера
Момент инерции твёрдого тела относительно какой-либо оси зависит от массы, формы и размеров тела, а также и от положения тела по отношению к этой оси. Согласно теореме Штейнера (теореме Гюйгенса-Штейнера), момент инерции тела J относительно произвольной оси равен сумме момента инерции этого тела Jc относительно оси, проходящей через центр масс тела параллельно рассматриваемой оси, и произведения массы тела m на квадрат расстояния d между осями:
где m — полная масса тела.
Например, момент инерции стержня относительно оси, проходящей через его конец, равен:
Закон сохранения момента импульса.
Зако́н сохране́ния моме́нта и́мпульса (закон сохранения углового момента) — один из фундаментальных законов сохранения. Математически выражается через векторную сумму всех моментов импульса относительно выбранной оси для замкнутой системы тел и остается постоянной, пока на систему не воздействуют внешние силы. В соответствии с этим момент импульса замкнутой системы в любой системе координат не изменяется со временем.
Закон сохранения момента импульса есть проявление изотропности пространства относительно поворота.
В упрощённом виде:
,
если система находится в равновесии.
Кинетическая энергия вращающегося тела.
Кинетическая энергия – величина аддитивная. Поэтому кинетическая энергия тела, движущегося произвольным образом, равна сумме кинетических энергий всех n материальных точек, на которые это тело можно мысленно разбить:
|
|
(6.4.1) |
|
,
Если
тело вращается вокруг неподвижной оси
z
с угловой скоростью
,
то линейная скоростьi-й
точки
,Ri
– расстояние до оси вращения. Следовательно,
|
|
|
(6.4.2) |
|
,
Сопоставив (6.4.1) и (6.4.2), можно увидеть, что момент инерции тела I является мерой инертности при вращательном движении, так же как масса m – мера инерции при поступательном движении. В общем случае движение твердого тела можно представить в виде суммы двух движений – поступательного со скоростью vc и вращательного с угловой скоростью ω вокруг мгновенной оси, проходящей через центр инерции. Тогда полная кинетическая энергия этого тела
|
|
|
(6.4.3) |
|
,
Здесь Ic – момент инерции относительно мгновенной оси вращения, проходящей через центр инерции.