1。問題の設定
* 球: 半径 *r *と均一な密度 *ρ *の球体を検討します。
* 回転軸: 球体の中心を通過する回転軸を選択します。
* 慣性モーメント: 球体の慣性(i)の瞬間は、球体を構成するすべての無限マス要素(DM)の慣性モーメントの合計です。
2。 無限の質量要素(DM)の定義
*球体を半径の薄い球形シェルに分割すると想像してください *r *と厚さ *DR *。
*各シェルの体積は約 *4πr²DR *です。
*各シェルの質量は *dm =ρ(4πr²DR) *です。
3。単一のシェルの慣性モーメント
*回転軸に関する単一のシェルの慣性モーメント(di)は *di =(dm)r² *です。
* *dm *: *di =ρ(4πr²dr)r²=4πρr⁴dr *の式を置き換えます。
4。球体上に統合
*球体の慣性モーメント(i)の合計モーメントを見つけるために、 *di *を *r =0 *から *r =r *から統合します。
* i =∫di=∫₀ᴿ4πρr⁴dr
5。積分の解決
* i =4πρ∫₀ᴿr⁴dr=4πρ[r⁵/5]₀ᴿ=(4πρr⁵)/5
6。質量と密度に関連する
*球体の総質量(m)は *m =ρ(4/3)πr³ *です。
* *ρ *を解くと、 *ρ=(3m)/(4πr³) *が与えられます。
7。最終結果
* *ρ *の式を慣性式の瞬間に置き換える:
* i =(4π((3m)/(4πr」)r⁵)/5
* i =(2/5)mr²
したがって、中心を通過する軸の周りの均一密度と質量の固体球体の慣性モーメントは(2/5)MR²であり、ここで、mは質量、rは半径です。