实心球体转动惯量公式推导中的疑问 证明:球的转动惯量J=2mR^2/5

\u5b9e\u5fc3\u7403\u4f53\u8f6c\u52a8\u60ef\u91cf\u516c\u5f0f\u63a8\u5bfc\u4e2d\u7684\u7591\u95ee I = \u222b 2/3 r^2 dm = \u222b (0,R) 2/3 r^2 *\u03c1*4\u03c0*

\u8fd9\u662f\u5229\u7528\u7403\u58f3\u7684\u8f6c\u52a8\u60ef\u91cf\u79ef\u5206\u7b97\u7684\u3002\u7403\u58f3\u5bf9\u76f4\u5f84\u7684\u8f6c\u52a8\u60ef\u91cf\u662f2/3*R^2*m\u3002
\u76f4\u63a5\u7b97\u7684\u8bdd\uff0c \u8981\u5728\u6c42\u5750\u6807\u91cc\u6c42\u3002I=\u222br^2dm=\u222b(0,2pi)\u222b(0,pi)\u222b(0,R)r^2*\u03c1*r^2*sin(phi)*dr*d(phi)*d(theta)\u3002

\u5747\u8d28\u7403\u4f53\u53ef\u4ee5\u770b\u4f5c\u662f\u7531\u65e0\u6570\u4e2a\u534a\u5f84\u8fde\u7eed\u5206\u5e03\u7684\uff0c\u5782\u76f4\u4e8e\u8f6c\u8f74OZ\u8f74\u7684\u8584\u5706\u76d8\u7ec4\u6210\u3002
\u9009\u53d6\u534a\u5f84r\uff1dRsin\u03c6\uff0c\u539a\u5ea6d\uff1dRsin\u03c6d\u03c6\u7684\u8584\u5706\u76d8\u4e3a\u8d28\u5143\uff0c\u8bc1\u660e\u8fc7\u7a0b\u5982\u4e0b\uff1a

\u8f6c\u52a8\u60ef\u91cf(Moment of Inertia)\u662f\u521a\u4f53\u7ed5\u8f74\u8f6c\u52a8\u65f6\u60ef\u6027\uff08\u56de\u8f6c\u7269\u4f53\u4fdd\u6301\u5176\u5300\u901f\u5706\u5468\u8fd0\u52a8\u6216\u9759\u6b62\u7684\u7279\u6027\uff09\u7684\u91cf\u5ea6\uff0c\u7528\u5b57\u6bcdI\u6216J\u8868\u793a\u3002
\u5728\u7ecf\u5178\u529b\u5b66\u4e2d\uff0c\u8f6c\u52a8\u60ef\u91cf\uff08\u53c8\u79f0\u8d28\u91cf\u60ef\u6027\u77e9\uff0c\u7b80\u79f0\u60ef\u8ddd\uff09\u901a\u5e38\u4ee5I \u6216J\u8868\u793a\uff0cSI \u5355\u4f4d\u4e3a kg\u00b7m²\u3002\u5bf9\u4e8e\u4e00\u4e2a\u8d28\u70b9\uff0cI = mr²\uff0c\u5176\u4e2d m \u662f\u5176\u8d28\u91cf\uff0cr \u662f\u8d28\u70b9\u548c\u8f6c\u8f74\u7684\u5782\u76f4\u8ddd\u79bb\u3002\u8f6c\u52a8\u60ef\u91cf\u5728\u65cb\u8f6c\u52a8\u529b\u5b66\u4e2d\u7684\u89d2\u8272\u76f8\u5f53\u4e8e\u7ebf\u6027\u52a8\u529b\u5b66\u4e2d\u7684\u8d28\u91cf\uff0c\u53ef\u5f62\u5f0f\u5730\u7406\u89e3\u4e3a\u4e00\u4e2a\u7269\u4f53\u5bf9\u4e8e\u65cb\u8f6c\u8fd0\u52a8\u7684\u60ef\u6027\uff0c\u7528\u4e8e\u5efa\u7acb\u89d2\u52a8\u91cf\u3001\u89d2\u901f\u5ea6\u3001\u529b\u77e9\u548c\u89d2\u52a0\u901f\u5ea6\u7b49\u6570\u4e2a\u91cf\u4e4b\u95f4\u7684\u5173\u7cfb\u3002
\u6269\u5c55\u8d44\u6599
\u5706\u76d8\u548c\u5b9e\u5fc3\u7403\u7684\u8f6c\u52a8\u60ef\u91cf\u8ba1\u7b97\u516c\u5f0f\uff1a\u5bf9\u4e8e\u8584\u5706\u76d8\uff0c\u5f53\u56de\u8f6c\u8f74\u901a\u8fc7\u4e2d\u5fc3\u4e0e\u76d8\u9762\u5782\u76f4\u65f6\uff0c I=1/2mr²\u3002
\u5f53\u56de\u8f6c\u8f74\u901a\u8fc7\u8fb9\u7f18\u4e0e\u76d8\u9762\u5782\u76f4\u65f6\uff0c I=3/2mr²\u3002
\u5bf9\u4e8e\u5b9e\u5fc3\u7403\u4f53\uff0c\u5f53\u56de\u8f6c\u8f74\u4e3a\u7403\u4f53\u7684\u4e2d\u5fc3\u8f74\u65f6\uff0cI=2/5mr²\u3002\u5f53\u56de\u8f6c\u8f74\u4e3a\u7403\u4f53\u7684\u5207\u7ebf\u65f6\uff0c I=7/5mr²\u3002r\u4e3a\u7403\u4f53\u534a\u5f84\u3002
\u53c2\u8003\u8d44\u6599\uff1a\u767e\u5ea6\u767e\u79d1\u8f6c\u52a8\u60ef\u91cf

课本上的 I = ∫ r^2 dm中的r^2dm应该指的是细圆环的转动惯量,dm应该指的是细圆环的质量;而这里的 I = ∫ 2/3 r^2 dm中的2/3r^2dm指的是薄球壳的转动惯量,dm指的是薄球壳的质量。注意两处的dm所指不同! 参见——









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