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円柱の慣性モーメント

円柱の慣性モーメントの導出過程

初めに(20210619)

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円柱の重心を通る対称軸に関する慣性モーメントの計算

円柱の慣性モーメント

半径がa、高さが高さlで質量は質量Mとする円柱を考えます。

 

この円柱に対するx軸軸、y軸軸、z軸軸まわりの慣性モーメントをそれぞれI_x, I_y, I_zとします。

 

円柱の体積は円柱の体積なので体積密度は、

 

円柱の体積密度

 

 

使用するヤコビアン円柱座標系

 

円柱座標系ヤコビアン

 

 

円柱座標系ヤコビアン


 

 

を使います。

 

これによって円柱の微小体積要素は、

 

円柱の微小体積要素

となります。

さらにr、θ、zのとる範囲は、

r、θ、zのとる範囲

 

 

(i) x軸まわりの慣性モーメント
x軸軸からの距離は、

x軸からの距離

 

これによりdIxは、

円柱のdIx

これをたしあげます。

円柱のdIx周りの慣性モーメントの計算過程

 

 

円柱のdIx周りの慣性モーメントの計算過程

円柱のdIx周りの慣性モーメントの計算過程

円柱のdIx周りの慣性モーメントの計算過程

円柱のdIx周りの慣性モーメントの計算過程

円柱のdIx周りの慣性モーメントの計算過程

円柱のdIx周りの慣性モーメントの計算過程

space

よってx軸軸周りの円柱の慣性モーメントは以下のようになります。

円柱のdIx周りの慣性モーメント

y軸周りの慣性モーメント軸まわりの慣性モーメント

円柱の慣性モーメント

基本的に円柱のx軸周り軸周りの結果と同じことですが計算過程は示しておきます。

y軸からの距離は、

円柱のy軸周りの回転軸の距離

 

これによりdI_yは、

円柱の微小面積要素dI_y

 

 

これをたしあげます。
円柱のy軸周りの慣性モー面tのの積分計算過程

 

円柱のy軸周りの慣性モーメントの積分計算過程

円柱のy軸周りの慣性モーメントの積分計算過程

円柱のy軸周りの慣性モーメントの積分計算過程

円柱のy軸周りの慣性モーメントの積分計算過程


 

よって先に求めたx軸周りの慣性モーメントの結果と同じ解が求められます。

円柱のy軸周りの慣性モー面tのの積分計算結果

z軸周りの円柱の慣性モーメントの計算軸まわりの慣性モーメント

 

zからの距離は、

z軸からの距離

 

これによりdIzは、

z軸周りの円柱の微小面積要素

これをたし上げます。

 

Izの計算過程

 

Izの計算過程

Izの計算過程

Izの計算過程


 

 

よって円柱z軸軸周りの慣性モーメントは以下のように求まります。

z軸周りの円柱の慣性モーメント計算結果

 

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