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中空円筒の慣性モーメント

中空円筒の慣性モーメントの導出過程

初めに(20210619)

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中空円筒の重心を通る軸に関する慣性モーメントの計算

中空円筒(円柱)の慣性モーメント

一様密度で質量が中空円筒の質量M、半径が中空円筒の半径a、長さを中空円筒の長さlとし、円筒の外側の厚さを無視できるものとします。

 

(i) z軸周りの慣性モーメント軸まわりの慣性モーメント

円輪の密度は、

円輪の微小部分の密度ρ

角度変数は円輪の角度変数adthetaなので微小部分の質量は、

 

慣性モーメント,計算,中空円筒,円柱座標,ヤコビアン


円輪の微小部分の質量

z軸軸から微小部分までの距離は円輪の半径a


これによりdzは次のようになります。

中空円筒における円輪とみなした部分の半径aにおける微小部分の慣性モーメント

 

たし上げます。

 

中空円筒における重心を通るz軸周りに関する慣性モーメントの積分計算過程

 

中空円筒における重心を通るz軸周りに関する慣性モーメントの積分計算過程

中空円筒における重心を通るz軸周りに関する慣性モーメントの積分計算過程


 

 

 

よって中空円筒におけるz軸周りの慣性モーメントの積分計算結果配下のようになります。

中空円筒における重心を通るz軸周りに関する慣性モーメントの積分計算結果

中空円筒における重心を通るy軸周りに関する慣性モーメントの積分計算結果(またはx軸)軸まわりの慣性モーメント

 

円輪の密度は、

円輪に関しての体積密度

 

微小部分の面積要素は、

中空円筒における微小面積要素ds

y軸から微小部分までの距離は、

中空円筒におけるy軸から微小部分までの距離

 


中空円筒におけるy軸から微小部分までの距離


 

これにより中空円筒におけるy軸から微小部分における慣性モーメントdIyは次のようになります。

中空円筒におけるy軸から微小部分における慣性モーメントdIy

たしあげます。

 

中空円筒におけるy軸における慣性モーメントの積分計算過程
中空円筒におけるy軸における慣性モーメントの積分計算過程
中空円筒におけるy軸における慣性モーメントの積分計算過程
中空円筒におけるy軸における慣性モーメントの積分計算過程

中空円筒におけるy軸における慣性モーメントの積分計算過程

中空円筒におけるy軸における慣性モーメントの積分計算過程

 

 

よって中空円筒におけるy軸x軸)軸周りの慣性モーメントは、
以下のようになります。

マテマテカによる中空円筒の画像


 

 

中空円筒のy軸周りの慣性モーメントの積分計算結果

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