题目
【单选题】一个飞轮在质量和半径不变的情况下, 想增加转动惯量,可以把飞轮做成A. 边缘厚,中间薄B. 边缘薄,中间厚C. 匀质圆盘D. 与质量分布没有关系
【单选题】一个飞轮在质量和半径不变的情况下, 想增加转动惯量,可以把飞轮做成
A. 边缘厚,中间薄
B. 边缘薄,中间厚
C. 匀质圆盘
D. 与质量分布没有关系
题目解答
答案
A. 边缘厚,中间薄
解析
本题考查转动惯量的概念以及质量分布对转动惯量的影响。解题的关键在于理解转动惯量的计算公式,并分析不同质量分布情况下各部分质量到转轴距离的变化对转动惯量的影响。
对于一个绕定轴转动的刚体,其转动惯量的计算公式为$I = \sum_{i} m_{i}r_{i}^{2}$,在连续质量分布的情况下,可表示为$I=\int r^{2}dm$,其中$m_{i}$(或$dm$)是刚体中第$i$个质元(或质元质量),$r_{i}$(或$r$)是该质元到转轴的垂直距离。
下面对每个选项进行分析:
- 选项A:边缘厚,中间薄
当飞轮做成边缘厚、中间薄时,大部分质量分布在离转轴较远的边缘位置。根据转动惯量公式$I=\int r^{2}dm$,由于边缘处的$r$值较大,且质量$dm$较多,那么$r^{2}dm$的积分值就会较大,从而使得整个飞轮的转动惯量$I$增大。 - 选项B:边缘薄,中间厚
若飞轮边缘薄、中间厚,大部分质量分布在离转轴较近的中间位置。此时,中间部分的$r$值较小,虽然质量$dm$较多,但$r^{2}dm$的值相对较小,积分后得到的转动惯量$I$也会较小。 - 选项C:匀质圆盘
匀质圆盘的质量均匀分布在整个圆盘上,各部分质量到转轴的距离有一定的分布范围。与边缘厚、中间薄的飞轮相比,其边缘部分的质量相对较少,所以转动惯量相对较小。 - 选项D:与质量分布没有关系
由转动惯量公式$I=\int r^{2}dm$可知,转动惯量与质量分布以及质元到转轴的距离都有关系,所以该选项错误。