Момент инерции материальной точки массой m равен где r – расстояние точки от оси вращения.
Момент инерции твердого тела
где ri – расстояние элемента массой D mi от оси вращения.
В случае непрерывного распределения масс момент инерции твердого тела определяется с помощью интегрирования:
.
Если тело однородное, то есть его плотностьrодинакова по всему объему, то
,
где V – объем тела.
Моменты инерции некоторых тел массой m относительно оси, проходящей через центр тяжести:
а) однородного стержня длиной l перпендикулярно стержню
б) тонкого кольца, обруча или тонкостенного цилиндра радиусом R перпендикулярно плоскости основания: ;
в) однородного диска или сплошного цилиндра радиусом R перпендикулярно плоскости основания: ;
г) однородного шара радиусом R: .
Теорема Штейнера. Момент инерции тела массой m относительно произвольной оси равен
где J 0 – момент инерции тела относительно оси, проходящей через центр тяжести тела параллельно заданной оси; d – расстояние между осями вращения.
Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси
где w – угловая скорость тела.
Кинетическая энергия тела, катящегося по плоскости без скольжения
,
где υС – скорость центра масс тела; m – масса катящегося тела; JC – момент инерции тела относительно оси, проходящей через его центр масс; w – угловая скорость тела.
Работа, совершаемая при вращении тела:
где J – момент инерции тела; w1и w2 – начальная и конечнаяугловые скорости тела.
Момент силы. Уравнение динамики вращательного
Движения. Момент импульса. Закон сохранения момента
Импульса
Момент силыF относительно неподвижной точки О:
,
где – радиус-вектор, проведенный из точки О в точку приложения силы .
Модуль момента силы
где a – угол между векторами и ; r sina = l – плечо силы (кратчайшее расстояние между линией действия силы и точкой О).
Момент силыF относительно оси вращения:
М = F ^ l,
где F ^ – проекция силы F на плоскость, перпендикулярную оси вращения; l – плечо силы.
Момент импульса материальной точки А относительно неподвижной точки О:
,
где – импульс материальной точки; – радиус-вектор, проведенный из точки О в точку А.
Основное уравнение динамики вращательного движения:
,
где – результирующий момент внешних сил, действующих на тело; – угловое ускорение; J – момент инерции тела.
Момент импульса тела, вращающегося относительно неподвижной оси z:
где w – угловая скорость тела.
Закон сохранения момента импульса системы тел, вращающихся вокруг неподвижной оси, имеет вид
J 1w1 = J 2w2,
где J 1 и w1 – момент инерции системы тел и угловая скорость вращения в начальный момент времени; J 2и w2 – момент инерции и угловая скорость в конечный момент времени.