半徑是R,質量是M的空心球殼繞直徑轉動時的轉動慣量是多少

2021-08-16 16:22:07 字數 1221 閱讀 8568

1樓:

設p(x,y,z)為空間內一點,則點p也可用這樣三個有次序的數r,φ,θ來確定,其中r為原點o與點p間的距離,θ為有向線段與z軸正向所夾的角,φ為從正z軸來看自x軸按逆時針方向轉到有向線段的角,這裡m為點p在xoy面上的投影。這樣的三個數r,φ,θ叫做點p的球面座標,這裡r,φ,θ的變化範圍為

r∈[0,+∞),

φ∈[0, 2π],

θ∈[0, π] .

當r,θ或φ分別為常數時,可以表示如下特殊曲面:

r = 常數,即以原點為心的球面;

θ= 常數,即以原點為頂點、z軸為軸的圓錐面;

φ= 常數,即過z軸的半平面。

球座標系下的微分關係:

在球座標系中,沿基矢方向的三個線段元為:

dl(r)=dr, dl(θ)=rdθ, dl(φ)=rsinθdφ

球座標的面元面積是:

ds=dl(θ)× dl(φ)=r2sinθdθdφ

體積元的體積為:

dv=dl(r)×dl(θ)×dl(φ)= r2sinθdrdθdφ

對於球殼轉動慣量:

設以z座標為軸的轉動慣量j;球殼面積密度ρ;回轉半徑rsinθ;

dj=ρ(rsinθ)2 ds

球殼半徑為常數,ds =r2sinθdθdφ

j=2∫02∏∫0∏/2 ρ(rsinθ)2 r2sinθdθdφ ;取半殼積分

=2ρr4∫02∏∫0∏/2 sinθ3 dθdφ

=8/3 ρ∏r4

ρ=球殼質量m/球殼面積s

s=2∫02∏∫0∏/2 r2sinθdθdφ=4∏r2

把ρ=m/(4∏r2)代入得

得 j=2/3 mr2

2樓:匿名使用者

積分∫(r*r-z*z)3/2dz 求解如下∫(r*r-z*z)3/2dz

=r3∫[1-(z/r)2]3/2dz

令t=z/r,-1=

則積分可化為

r3∫(1-t2)3/2d(rt)

=r4∫(1-t2)3/2dt

再令t=sinx

則積分為

r4∫(1-t2)3/2dt

=r4∫cos3xdsinx

而∫cos3xdsinx很容易求解的!

可我求了之後答案不對,這種做法可能是有問題的!

3樓:四相朱雀

j=(2/3)mr^2

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