题目
刚体绕定轴转动时,转动惯量与以下哪个因素无关?() A. 刚体的质量分布B. 刚体的形状C. 刚体的转动速度D. 转轴的位置
刚体绕定轴转动时,转动惯量与以下哪个因素无关?()
- A. 刚体的质量分布
- B. 刚体的形状
- C. 刚体的转动速度
- D. 转轴的位置
题目解答
答案
C
解析
转动惯量是刚体绕定轴转动时惯性大小的量度,其大小由以下三个因素决定:
- 刚体的质量分布:质量离转轴越远,转动惯量越大;
- 刚体的形状:形状不同会导致质量分布不同;
- 转轴的位置:转轴位置改变,转动惯量一般会改变。
转动速度是刚体转动的状态量,与转动惯量无关。因此,本题正确答案为C。
转动惯量的公式为:
$I = \int r^2 \, dm$
其中,$r$ 是质量元到转轴的距离,$dm$ 是质量元的质量。由此可知:
- 质量分布:质量分布越分散(尤其是远离转轴的部分),$r^2$ 越大,转动惯量越大;
- 形状:形状决定质量的空间分布,例如实心球和空心球的转动惯量不同;
- 转轴位置:例如细杆绕中心轴和绕端点轴的转动惯量不同。
转动速度是角速度 $\omega$ 或线速度 $v = r\omega$ 的体现,属于运动学量,与物体本身的属性无关。