慣性モーメントの計算 - > 球殻の慣性モーメント

球殻の慣性モーメント

球殻の慣性モーメントの導出過程

初めに(20210619)

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球殻の中心を通る軸に関する慣性モーメント

厚さのある球殻のの慣性モーメント

【T】 一様密度で質量がM、外径がb、内半径がaの球殻の中心を通る慣性モーメント

この場合の球殻の体積は、

 

球殻の体積

 

よって体積密度は、

 

球殻の体積密度

 

使用するヤコビアン極座標にします。


 

回転軸から伸ばした腕の長さはr sin theta


 

これらによりdIは次のようになります。

 

 

球殻の微小面積要素

 

 

球殻の微小面積要素

球殻の微小面積要素

space

これをこれをたしあげます。

 

球殻の慣性モーメント計算過程

 

 

球殻の慣性モーメント計算過程

球殻の慣性モーメント計算過程

球殻の慣性モーメント計算過程

球殻の慣性モーメント計算過程


ここで三角関数sinの積分計算おいては公式を使って次のように導き出しています。

 

三角関数積分計算公式


 

三角関数積分計算公式

三角関数積分計算公式

三角関数積分計算公式


球殻の慣性モーメントI

【U】一様密度で質量がM、半径がaの厚さを無視できる場合における球殻の中心を通る軸に関する慣性モーメント

 

厚さを無視できる球殻のの慣性モーメント

半径r=a=const.なので密度は面密度、

球殻の面密度

 

さらに回転軸からの距離は、

 

回転軸からの距離

 

この問いの場合、微小体積要素は微小面積要素になります。

 

なので対象とするヤコビアンは以下、

球殻における微小面積要素ヤコビアン

 

より

 

球殻における微小面積要素ヤコビアン

これらによりdIは、

 

薄い球殻の微小面積要素

 

薄い球殻の微小面積要素

薄い球殻の微小面積要素


 

 

たしあげます。

薄い球殻の慣性モーメント

 

厚さを無視できる薄い球殻の慣性モーメント計算過程2

厚さを無視できる薄い球殻の慣性モーメント計算過程3

厚さを無視できる薄い球殻の慣性モーメント計算過程4

厚さを無視できる薄い球殻の慣性モーメントの積分計算

厚さを無視できる薄い球殻の慣性モーメント計算過程6

厚さを無視できる薄い球殻の慣性モーメント計算過程7

厚さを無視できる薄い球殻の慣性モーメント計算過程8


よって、一様密度で質量が質量M、半径が半径aの厚さを無視できる場合における球殻の中心を通る軸に関する慣性モーメントは以下のように求まります。

厚さを無視できる薄い球殻の慣性モーメント計算結果

 

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