均匀球面对其直径的转动惯量(高等数学)
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可以求对于z轴的惯性矩,根据对称性,对任何直径的惯性矩都一样。
I=μ∫∫r²dS,r是dS到z轴的距离。
我们可以这样取dS,在竖向,将球面分成许多条带,每个条带的宽度相等,每个条带上每一点到z轴的距离都一样。设球心指向条带的半径与xOy平面夹角θ(纬度),上下对称,计算上面一半即可:
则r=Rcosθ,dS=Rdθ.2πr=2πR²cosθdθ
I=2μ∫(0,π/2)(Rcosθ)²2πR²cosθdθ
=4πμR^4∫(0,π/2)cos³θdθ
=4πμR^4∫(0,π/2)(1-sin²θ)dsinθ
=4πμR^4[sinθ-(sin³θ)/3](0,π/2)
=4πμR^4[1-1/3]
=(8/3)πμR^4
I=μ∫∫r²dS,r是dS到z轴的距离。
我们可以这样取dS,在竖向,将球面分成许多条带,每个条带的宽度相等,每个条带上每一点到z轴的距离都一样。设球心指向条带的半径与xOy平面夹角θ(纬度),上下对称,计算上面一半即可:
则r=Rcosθ,dS=Rdθ.2πr=2πR²cosθdθ
I=2μ∫(0,π/2)(Rcosθ)²2πR²cosθdθ
=4πμR^4∫(0,π/2)cos³θdθ
=4πμR^4∫(0,π/2)(1-sin²θ)dsinθ
=4πμR^4[sinθ-(sin³θ)/3](0,π/2)
=4πμR^4[1-1/3]
=(8/3)πμR^4
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