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慣性のモーメントA球の球体密度と質量が均一であるように、計算を使用してそれをどのように証明しますか?

均一な密度と質量を想定して、計算を使用して固体球の慣性モーメントを導き出す方法は次のとおりです。

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。

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