AP物理C力学部分里,运动学和牛顿力学是同学们之前都是接触过的知识,所以理解起来不是很难。但是转动一章的内容是之前没有接触过的,因此转动的相关概念理解起来是一个难点。今天张老师就带大家来理解一个非常基础但又至关重要的转动概念:转动惯量
首先,我们通过它的名字就能发现一些端倪,转动惯量单位,这里的“惯”是惯性的意思,即这个量说的是转动中的惯性的量,那么我们就可以类比平动问题里的描述惯性的量:质量。所以我们就明白了转动惯量其实就相当于平动问题里的质量,是物体转动时的一种内在属性!
其次,转动惯量是需要计算的,这和质量是有区别的。我们知道质量一般在题目中是直接给出的,转动惯量在有些题目中也会给,但AP考试中是要求会计算转动惯量的。
一、如果是离散质点系统,公式如下:
二、如果是离散质点系统,公式如下:
从转动惯量公式推导中我们发现转动惯量的计算不仅有质量,还有“长度”r。这是因为在转动问题中,转轴的位置很重要,即“物体的质量是如何在转轴周围分布”本身就是转动的一个内在属性!
因此在题目中如果需要计算转动惯量,我们首先需要判断这是个离散质点系统还是个质量连续分布的物体(系统),然后选择合适的公式。
如下图,三个质量是m的小球,杆的质量忽略,求转动惯量。
这是离散系统,由三个小球构成,所以
如果转轴变为如下情况:
对于以上这两种情况,我们会发现其实都是同一个系统,只是转轴发生了变化,那么它们的转动惯量会不会有什么联系呢?答案是:有!
这就是“平行轴定理”(parallel-axis theorem)
d是两个平行转轴之间的距离,m是系统总质量。平行轴定理解决的就是平行转轴的转动惯量问题。拿上题为例,当我们知道绕中心这个轴的转动惯量后,计算绕边轴的转动惯量就可以列如下式子:
希望大家可以通过以上内容的学习对转动惯量有新的认知和理解。