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円輪の慣性モーメント

円輪の慣性モーメントの導出過程

初めに(20210619)

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円輪の中心を通る対称軸に関する慣性モーメントの計算

 

円輪の慣性モーメント

 

極座標系をとりx, y, z軸まわりの慣性モーメントをそれぞれIx, Iy, Izとし、質量は質量M、半径は半径aとします。

 

円周は円周2πaなので円輪の線密度は、

 

円輪の線密度

 

角度変数thetaの微小部分長はa dtheta

 

これにより微小部分の質量は、

 

円輪における微小部分の質量

 

そしてthetaのとる範囲は0 < theta < 2piになります。

x軸周りの慣性モーメント軸まわりの慣性モーメント

x軸軸からの微小部分までの距離はx軸からの距離

 

これらによりx軸からの距離の微小線積部分は、

 

x軸からの距離の微小線積部分

 

全体にわたってたし上げます。

 

x軸周りの円輪の慣性モーメントの計算過程

 

x軸周りの円輪の慣性モーメントの計算過程

x軸周りの円輪の慣性モーメントの計算過程

x軸周りの円輪の慣性モーメントの計算過程


 

よって円輪の中心を通る円輪のx軸周り軸周りの慣性モーメントは以下のようになります。

 

x軸周りの円輪の慣性モーメントの計算結果


y軸周りの円輪の慣性モーメント軸まわりの慣性モーメント

y軸からの微小部分までの距離はy軸から微小部分までの距離

 

dI_yは、

 

z軸周りのdI_z

 

全体にわたってたしあげます。

 

円輪のy軸周りの慣性モーメント計算過程

 

円輪のy軸周りの慣性モーメント計算過程

円輪のy軸周りの慣性モーメント計算過程

円輪のy軸周りの慣性モーメント計算過程


 

よって円輪の中心を通る円輪のy軸周り軸周りの慣性モーメントは以下のようになります。

 

円輪のy軸周りの慣性モーメント計算結果


 

(iii) 円輪のz軸周りの慣性モーメント軸まわりの慣性モーメント

z軸からの微小部分までの距離はz軸から微小部分までの距離

 

dI_zは、

z軸周りのdI_z

 

全体にわたってたしあげます。

 

z軸周りの園林の慣性モーメント計算過程

 

z軸周りの園林の慣性モーメント計算過程


となるので円輪のz軸周りの慣性モーメントは以下のようになります。

 

z軸周りの円輪の慣性モーメント計算結果


 

 

ちなみにこの円輪に対しても長方形板のときと同じように


円輪の慣性モーメントの合成和

が成り立っています。

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