题目
某一刚体做定轴转动,其转动惯量与下列因素无关的是()A. 刚体总质量大小B. 刚体质量相对于轴的分布C. 转轴的位置D. 刚体所受的合外力矩
某一刚体做定轴转动,其转动惯量与下列因素无关的是()
A. 刚体总质量大小
B. 刚体质量相对于轴的分布
C. 转轴的位置
D. 刚体所受的合外力矩
题目解答
答案
D. 刚体所受的合外力矩
解析
转动惯量是刚体定轴转动中描述其惯性大小的物理量,其大小由以下三个因素决定:
- 刚体的总质量:质量越大,转动惯量通常越大;
- 质量分布相对于转轴的情况:质量越远离转轴,转动惯量越大;
- 转轴的位置:转轴位置不同,转动惯量一般不同。
关键点:转动惯量是刚体的固有属性,与刚体所受的外力或外力矩无关。
转动惯量的公式为:
$I = \sum m_i r_i^2$
其中,$m_i$ 是刚体各质点的质量,$r_i$ 是各质点到转轴的距离。
- 选项A:刚体总质量越大,各质点质量 $m_i$ 的总和越大,转动惯量可能越大,因此相关。
- 选项B:质量分布影响各质点的 $r_i$,若质量更分散或更集中,转动惯量会变化,因此相关。
- 选项C:转轴位置改变会导致各质点的 $r_i$ 改变,转动惯量必然变化,因此相关。
- 选项D:刚体所受的合外力矩 $\tau$ 由转动定律 $\tau = I \alpha$ 决定,但转动惯量 $I$ 本身与 $\tau$ 无关,仅由刚体的固有属性决定,因此无关。