Interested Article - Эллипсоид инерции

Эллипсо́ид ине́рции (для точки O) геометрическая фигура в виде поверхности второго порядка , которая характеризует тензор инерции твёрдого тела относительно точки O.

Тензор инерции и эллипсоид инерции

Основная статья: Тензор инерции

Момент инерции тела дается общей формулой:

Тензор инерции для твердого тела представляется в виде симметричной матрицы

в которой элементы являются моментами инерции относительно различных осей:

Матрица тензора инерции может быть представлена в диагональном виде , и тогда диагональные элементы , , будут главными моментами инерции тела. Уравнение эллипсоида инерции тогда запишется как:

При этом координатные оси эллипсоида должны совпадать с главными осями тела.

Знание эллипсоида инерции позволяет найти момент инерции тела относительно любой оси, если только она проходит через центр эллипсоида. Для этого вдоль выбранной оси проводится радиус-вектор до пересечения с эллипсоидом инерции. Момент инерции тела относительно этой оси даётся формулой:

, где — длина радиус-вектора.

Если момент внешних сил относительно неподвижной точки равен нулю, то говорят, что реализуется случай Эйлера движения твердого тела. Для такого случая Пуансо удалось получить наглядную геометрическую интерпретацию: эллипсоид инерции для неподвижной точки катится без скольжения по плоскости, неподвижной в пространстве; эта плоскость ортогональна вектору кинетического момента тела; угловая скорость тела пропорциональна длине радиус-вектора точки касания, а по направлению с ним совпадает.

Примеры эллипсоидов инерции

Элиипсоид инерции стержня
Элиипсоид инерции стержня
Эллипсоид инерции прямоугольного параллелепипеда
Эллипсоид инерции прямоугольного параллелепипеда

Прямоугольный параллелепипед

Пусть параллелепипед имеет размеры . Главные моменты инерции:

Примерный вид эллипсоида инерции представлен на иллюстрации.

Для расчета эллипсоида инерции бесконечно длинного тонкого стержня один из размеров считается много больше остальных, и эллипсоид вырождается в цилиндрическую поверхность .

Литература

  1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. — 4-е изд. — М. : ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2005. — Т. 1. Механика. — С. 311. — 560 с. — ISBN 5-9221-0225-7 .
  2. Лабораторный практикум по общей физике / А.Д.Гладун. — М. : МФТИ, 2004. — Т. 1. Механика. — С. 133. — 316 с. — ISBN 5-7417-0202-3 .
  3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. — 5-е изд. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2007. — Т. 1. Механика. — С. 131. — 224 с. — ISBN 978-5-9221-0819-5 .
Источник —

Same as Эллипсоид инерции