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MomentOfInertia[reg,pt,v]

计算围绕过 pt 点沿 v 方向的轴转动的区域 reg 的转动惯量.

计算区域 reg 对质心的转动惯量矩阵.

MomentOfInertia[reg,pt]

计算相对点 pt 的转动惯量矩阵.

更多信息和选项

  • 转动惯量惯又叫做质量惯性矩或惯量矩. 转动惯量惯矩阵又叫做质量惯性矩矩阵或惯量矩矩阵.
  • 转动惯量是刚体对转动加速度的抵抗. 它在转动运动中的作用类似于平动中的质量. 质量是对平动加速度的抵抗.
  • 平动加速度, 加速度 , 质量
    转动加速度力矩 , 转动加速度 , 转动惯量
  • MomentOfInertia[reg,pt] 给出关于点 pt 的转动惯量,并由下式得到:
  • 二维转动惯量矩阵
    三维转动惯量矩阵
  • 其中 reg 由区域 reg 平移 -pt 得到.
  • 转动惯量矩阵 通过公式 可用来计算沿任何方向 v 的转动惯量. 在二维情况下,v 必须在 - 平面内. »
  • MomentOfInertia 是假定区域的质量密度为常数的情况下给出计算结果.
  • 对于变质量密度 , 要按照以下公式用 IntegrateNIntegrate 计算出转动惯量矩阵. »

范例

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基本范例  (4)常见实例总结

围绕过点 沿 方向的轴的转动惯量:

Out[1]=1
Out[2]=2

如果省去向量,则得到关于那个点的转动惯量矩阵:

Out[1]=1

运用这个矩阵和一个归一化的向量,可以求出围绕任何轴的转动惯量:

Out[2]=2

如果那个点也省去了,得到的则是关于质心的转动惯量:

Out[1]=1

这相当于通过 RegionCentroid 来指定中心点:

Out[2]=2

计算一个以符号为参数的区域的转动惯量:

Out[1]=1

范围  (24)标准用法实例范围调查

特殊区域  (15)

,宽 Rectangle

Out[3]=3

半径为 Disk

Out[2]=2

半轴为 Ellipse

Out[2]=2

半径为 Annulus

Out[2]=2

长为 ,半径为 StadiumShape

Out[2]=2

边长为 的正 Triangle

Out[2]=2

长为 ,宽为 ,高为 Cuboid

Out[2]=2

半径为 Ball

Out[2]=2

半轴为 Ellipsoid

Out[2]=2

半径为 SphericalShell

Out[2]=2

长为 ,半径为 Cylinder

Out[2]=2

长为 ,半径为 CapsuleShape

Out[2]=2

边长为 的长方形 Tetrahedron

Out[2]=2

边长为 ,高为 的长方形 Pyramid

Out[2]=2

边长为 ,高为 的长方形 Prism

Out[2]=2

公式确定的区域  (2)

表示为一个 ImplicitRegion 的圆盘的惯量矩阵:

Out[3]=3

圆柱体的转动惯量:

Out[4]=4

表示为一个 ParametricRegion 的圆盘的转动惯量:

Out[1]=1

换成一个有理参数化的圆盘:

Out[2]=2

圆柱体:

Out[3]=3

网格区域  (2)

二维情况下一个 MeshRegion 的转动惯量矩阵:

Out[1]=1
Out[2]=2
Out[3]=3
Out[4]=4

三维情况:

Out[5]=5
Out[6]=6
Out[7]=7

一个 BoundaryMeshRegion 的转动惯量矩阵:

Out[1]=1
Out[2]=2

三维情况:

Out[3]=3
Out[4]=4

导出区域  (3)

一个 RegionIntersection 的转动惯量:

Out[2]=2
Out[2]=2

一个 TransformedRegion 的转动惯量矩阵:

Out[2]=2
Out[3]=3

一个 RegionBoundary 的转动惯量矩阵:

Out[2]=2
Out[3]=3

地理区域  (2)

MomentOfInertia 适用于地理实体的边界多边形:

Out[2]=2

Polygon 与 GeoPosition 一起使用:

Out[2]=2

Polygon 与 GeoPositionXYZ 一起使用:

Out[4]=4

Polygon 与 GeoPositionENU 一起使用:

Out[6]=6

Polygon 与 GeoGridPosition 一起使用所得边界多边形的惯性矩:

Out[2]=2

应用  (11)用该函数可以解决的问题范例

MomentOfInertia 给出的是质量密度为 1 的物体的转动惯量. 计算长 ,宽 ,高 ,且质量密度为 Cuboid 的转动惯量:

一个具有常数质量密度 的物体的质量由 m=ρ Volume[body] 给出. 将物体的转动惯量用质量 的形式表示:

嵌入三维空间的一个二维区域的转动惯量:

左上方的 2×2 子矩阵等于该二维区域的转动惯量:

其余仅有的矩阵元只处于对角线上. 它是关于 轴的极惯性矩,根据垂直轴定理,它应等于其他两个对角矩阵元之和:

Out[3]=3

图示该区域:

Out[4]=4

一个物体的惯量主轴由转动惯量矩阵的本征向量给出:

Out[1]=1

求主轴:

Out[2]=2
Out[3]=3

当转动惯量矩阵为对角矩阵时,主轴与坐标轴重合:

Out[1]=1

这种情况下,主轴与坐标轴重合:

Out[2]=2
Out[3]=3

转动惯量矩阵可以看成一个用来定义 Ellipsoid 的矩阵:

惯量椭球的定义是 ,其中 为形心:

Eigensystem 求主轴:

Out[3]=3

显示惯量椭球和主轴:

Out[4]=4

一个转动刚体的角动量为 ,其中 为转动惯量, 为角速度. 假设一个半径为 1,均匀质量密度为 1 的球系在长为 的弦上绕 轴转动. 弦长可调节. 当 时,角速度为 . 求角速度 的函数关系:

Out[1]=1
Out[2]=2

由角动量守恒定律得知,如果一个物体没有受到外力矩的作用,则其角动量 保持不变. 根据这一定理来计算

Out[3]=3

画出 相对于 的图形:

Out[4]=4

转动刚体的动能为 ,其中 为转动惯量, 为角速度. 一个半径为 ,均匀密度为 的球围绕通过其中心的轴以角速度 转动. 求球的动能:

Out[1]=1
Out[2]=2

动能回收系统(KERS)在汽车刹车时储存其动能. 假定能量是储存在一个半径为 ,长 的转动的钢制圆柱体上. 圆柱体要转多快才能储存 的能量,假定钢的密度为 :

Out[2]=2

钢柱的转动惯量:

Out[3]=3

求储存 能量所需要的角速度:

Out[4]=4

表示成每分钟的转数:

Out[5]=5

刚体的动能由 给出,其中 为一个角速度向量, 为转动惯量矩阵. 求一个边长为 2, 4 和 6 的长方体围绕不同的轴的转动能量. 对所有情况,旋转体的质量都是相同的,但对于不同转动轴,质量的分布却是不同的,它是用转动惯量来表示的:

Out[1]=1

围绕 轴转动时:

Out[2]=2
Out[3]=3

围绕 轴转动时:

Out[4]=4
Out[5]=5

围绕 轴转动时:

Out[6]=6
Out[7]=7

一个转动刚体所受力矩 和角加速度 的关系是 ,其中 为转动惯量. 计算一个边长为一米的铅制正方体在角加速度为 时所需要的力矩:

Out[1]=1

计算转动惯量,假定铅的密度为

Out[2]=2

计算力矩:

Out[3]=3

转换为SI单位:

Out[4]=4

平行轴定理给出了围绕某一个轴的转动惯量 和围绕一个通过质心且与其平行的轴的转动惯量 之间的一个关系 ,其中 为总质量, 为两轴之间的距离:

Out[2]=2

验证平行轴定理

Out[3]=3

属性和关系  (11)函数的属性及与其他函数的关联

如果省略了转动点,则以 RegionCentroid 为默认值:

Out[2]=2

对于一个给定的点 ,将物体平移 后再计算其相对原点的转动惯量将得到相同的结果:

Out[2]=2

转动惯量是到转动轴的距离的平方的积分:

Out[2]=2

转动惯量矩阵定义为在整个物体上的一个积分:

Out[2]=2

Integrate 来计算一个具有变质量密度 的物体的转动惯量:

Out[3]=3

转动惯量矩阵是对称的:

Out[1]=1
Out[2]=2

转动惯量矩阵是半正定的:

Out[1]=1
Out[2]=2

二维时的转动惯量矩阵可以用 RegionMoment 来计算:

Out[2]=2
Out[3]=3

三维时的转动惯量矩阵可以用 RegionMoment 来计算:

Out[2]=2
Out[3]=3

一个点 Point 的转动惯量为这个点到轴的距离的平方:

Out[2]=2

对于一组点,它是各个点的转动惯量的和:

Out[4]=4

相连接的物体的转动惯量是各物体转动惯量的和:

Out[2]=2
Out[3]=3
Wolfram Research (2016),MomentOfInertia,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.
Wolfram Research (2016),MomentOfInertia,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.

文本

Wolfram Research (2016),MomentOfInertia,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.

Wolfram Research (2016),MomentOfInertia,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.

CMS

Wolfram 语言. 2016. "MomentOfInertia." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.

Wolfram 语言. 2016. "MomentOfInertia." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html.

APA

Wolfram 语言. (2016). MomentOfInertia. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html 年

Wolfram 语言. (2016). MomentOfInertia. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html 年

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@misc{reference.wolfram_2025_momentofinertia, author="Wolfram Research", title="{MomentOfInertia}", year="2016", howpublished="\url{https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html}", note=[Accessed: 07-April-2025 ]}

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@online{reference.wolfram_2025_momentofinertia, organization={Wolfram Research}, title={MomentOfInertia}, year={2016}, url={https://reference.wolfram.com/language/ref/MomentOfInertia.html}, note=[Accessed: 07-April-2025 ]}

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