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如图所示,圆筒的长度为,质量为,外圆的半径为,孔的半径为
在圆筒上取一厚度为dL的微截圆筒,再在微截圆筒上取半径为的元圆筒。
在元圆筒上取与x轴角度为处,取一段厚度为,弧长为的微弧形块。
弧长对应的角度为,则
圆筒的密度:
因为微弧形块趋于无限小,可以看成是长宽高分别为的长方体,
微弧形块其体积:
微弧形块的质量:
微弧形块对z轴的转动惯量为:
整个圆筒的转动惯量为:
四、圆柱体的转动惯量
1、 转轴与圆柱体几何轴线重合
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圆柱体的转动惯量:
式中:J ─圆柱体的转动惯量[kg·m],m ─ 圆柱体的质量[kg],R ─圆柱体的外半径[m]
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在圆柱体上取一微圆柱体,其质量为,由于该微圆柱体厚度极小,可将该微圆柱体看成一圆盘。
在圆盘上取一宽度为,半径为的圆环,记该圆环的质量为。
圆盘的面密度为:
圆环的面积为:,
圆环的质量:
圆环的转动惯量:
圆盘的转动惯量为:
则整个圆柱体的转动惯量为:
与前面计算圆筒的转动惯量一样,同样可以采用另外一种计算方法。圆柱体与圆筒的差异就在圆筒半径的区间,圆柱体半径的区间,所以我们只有改变对积分的区间即可。
圆柱体的密度:
整个圆柱体的转动惯量为:
2、转轴通过圆柱体中心且与几何轴垂直
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圆柱体的转动惯量:
式中:J ─ 圆柱体的转动惯量[kg·m];m ─ 圆柱体的质量[kg];R ─ 圆柱体的外半径[m];L ─ 圆柱体的长度[m];