แท่งสามแท่งแต่ละอันมีมวล M และความยาว L รวมกันเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่า โมเมนต์ความเฉื่อยของระบบเกี่ยวกับแกนผ่านศูนย์กลางของมวลและตั้งฉากกับระนาบของสามเหลี่ยมคือเท่าใด?

แท่งสามแท่งแต่ละอันมีมวล M และความยาว L รวมกันเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่า โมเมนต์ความเฉื่อยของระบบเกี่ยวกับแกนผ่านศูนย์กลางของมวลและตั้งฉากกับระนาบของสามเหลี่ยมคือเท่าใด?
Anonim

ตอบ:

# 1/2 ML ^ 2 #

คำอธิบาย:

โมเมนต์ความเฉื่อยของแท่งเดี่ยวเกี่ยวกับแกนที่ผ่านศูนย์กลางและตั้งฉากกับมัน

# 1/12 ML ^ 2 #

ของแต่ละด้านของรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าเกี่ยวกับแกนที่ผ่านจุดศูนย์กลางของรูปสามเหลี่ยมและตั้งฉากกับระนาบของมัน

# 1 / 12ML ^ 2 + M (L / (2sqrt3)) ^ 2 = 1/6 ML ^ 2 #

(ตามทฤษฎีบทแกนขนาน)

โมเมนต์ความเฉื่อยของรูปสามเหลี่ยมเกี่ยวกับแกนนี้ก็คือ

# 3times 1/6 ML ^ 2 = 1/2 ML ^ 2 #

สมมติว่าแท่งบาง ๆ ตำแหน่งของจุดศูนย์กลางมวลของแต่ละแท่งจะอยู่ที่กึ่งกลางของแกน เมื่อแท่งก่อตัวเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าศูนย์กลางของมวลของระบบจะอยู่ที่จุดศูนย์กลางของรูปสามเหลี่ยม

ปล่อย # d # เป็นระยะทางของเซนทรอยด์จากด้านใดด้านหนึ่ง

# D / (L / 2) = tan30 #

# => d = L / 2tan30 #

# => d = L / (2sqrt3) # …..(1)

โมเมนต์ความเฉื่อยของแกนเดี่ยวเกี่ยวกับแกนผ่านเซนทรอยด์ที่ตั้งฉากกับระนาบของสามเหลี่ยมโดยใช้แกนขนานนั้นคือ

#I_ "ก้าน" = I_ "เซนติเมตร" + Md ^ 2 #

มีแท่งอยู่สามแท่งที่เหมือนกันดังนั้นช่วงเวลาทั้งหมดของความเฉื่อยของแท่งสามอันจะเป็น

#I_ "ระบบ" = 3 (I_ "เซนติเมตร" + Md ^ 2) #

# => I_ "ระบบ" = 3I_ "เซนติเมตร" + 3Md ^ 2 # …….(2)

การใช้คำที่สอง (1) คือ

# 3Md ^ 2 = 3M (L / (2sqrt3)) ^ 2 #

# => 3Md ^ 2 = 1 / 4ML ^ 2 # …..(3)

ในขณะที่ความเฉื่อยของไม้เท้าเดียวเกี่ยวกับศูนย์กลางของมวลคือ

#I_ "เซนติเมตร" = 1 / 12ml ^ 2 #

เทอมแรกใน (2) กลายเป็น

# 3I_ "เซนติเมตร" = 3xx1 / 12ml ^ 2 = 1 / 4ml ^ 2 # ….(4)

เมื่อใช้ (3) และ (4) สมการ (2) จะกลายเป็น

#I_ "system" = 1 / 4ML ^ 2 + 1 / 4ML ^ 2 = 1 / 2ML ^ 2 kgm ^ 2 #