如何证明平行轴定理

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~ 推导平行轴定理的方法
方法一
刚体对任意轴的转动惯量,等于刚体对通过质心并与该轴平行的轴的转动惯量,再加上刚体质量与两轴之间距离平方的乘积,此为平行轴定理.关于此定理的验证,采用三线摆和刚体转动实验仪来验证.在这里利用复摆验证平行轴定理的方法.
一 实验方法及公式推导
一个围绕定轴摆动的刚体就是复摆,当摆动的振幅甚小时,其振动周期 T 为
式中J为复摆对以O 为轴转动时的转动惯量,m 为复摆的质量,g 为当地的重力加速度,h 为摆的支点O 到摆的质心 G 的距离. 又设复摆对通过质心 G 平行O 轴的轴转动时的转动惯量为 JG,根据平行轴定理得:
而JG又可写成 JG= m k 2,k 就是复摆的回转半径,由此可将⑴式改成为
整理⑶式得:
当 h= h1 时,I1= JG + mh12,式中h1为支点O1到摆的质心G的距离,J1是以O1为轴时的转动惯量.同理有:
⑷- ⑸得:
上式反映出转轴位置对转动的影响,也是对平行轴定理的检验.在⑹式中令 y= T2h- T12h1,x = h2-h12,则⑹式变为
从测量可得出 n 组(x,y) 值,用最小二乘法求出拟合直线y= a+ bx及相关系数r,若r接近于1,说明x与y二者线性相关,平行轴定理得到验证; 或作T2h- T12h1对h2-h12图线,若到检验为一直线,平行轴定理亦得.

方法二
测量举例
1) 测量步骤
a. 测定重心 G 的位置 SG
将复摆水平放在支架的刀刃上,利用杠杆原理寻找 G 点的位置.
b. 量出各支点对应的 h 值.
c. 测出复摆绕各支点摆动的周期 T 摆角小于 (5°改变支点 10 次).
2) 数据记录
各支点对应的 h 值及周期T见表1.
3) 数据处理
取 h1= 6 cm,T1= 1.51 s,根据测量数据可得出10组(x,y)值,见表2
根据最小二乘法求出参数 a,b,得出
a= 21×10-2 cm ·s 2,Sa = 18×1010-2 cm s 2
b= 0. 0411s 2 ·cm-1,Sb = 0. 0005 s 2 ·cm-1
r= 0. 999375
在此实验中,误差的主要来源是偶然误差,所以只计算A 类标准不确定度作为总的不确定度,略去B 类不确定度.结果 a,b 的不确定度为:
u(a) = 18×10-2 cm ·s 2
u (b) = 0. 0005 s 2 ·cm-1
平行轴定理
最后结果为:
a= (21±18) ×10-2 cm ·s 2
b= 0. 0411±0. 0005 s 2 ·cm-1
r= 0. 999375
从最后结果可以看出,x 与 y 二者完全线性相关,平行轴定理得到验证.


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乳源瑶族自治县17880493122: 如何验证转动惯量的平行轴定理 -
兆昆胜曲克:[答案] 在刚体的质心C上建立另一个与平行的连体基.质心C相对于O的矢径为.质点Pk相对于点O与C的矢径分别为与.由图5-2可见,这些矢径有如下关系 图5-2 不同基点转动惯量的关系 (5.1-5) 由于两基平行,该矢量式在基上的坐标表达式为 (5.1-5'...

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乳源瑶族自治县17880493122: 如何验证转动惯量的平行轴定理?……简单一点就好,麻烦写清楚如何在实验室中验证………… -
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乳源瑶族自治县17880493122: 验证平行轴定理,为什么不能用一个圆柱体而采用两个对称放置??急!!! -
兆昆胜曲克: 答:若只用一个,则圆盘会受到一个沿盘切向的力矩的作用,转动时,必然会导致摩擦力矩的增加.一方面增大了测量误差.另一方面影响仪器的使用寿命.如果采用两个对称放置,两力矩大小相等,方向相反,于是相互抵消了.

乳源瑶族自治县17880493122: 扭摆法验证平行轴定理实验使用一个滑块和两个滑块的区别 -
兆昆胜曲克: 两块滑块不对称放置,则刚体系的惯量主轴不在转动轴上,对轴的附加压力很大,对仪器十分不利.

乳源瑶族自治县17880493122: 求转动惯量J,(主要是求积分时的上下限及其范围的确定怎么做)还有平行轴定理怎么得出来的? -
兆昆胜曲克: 这里微元 dx的质量 dm=(m/L)dx则 杆的转动惯量:J=∫x²dm =(m/L)∫x²dx 对整个杆积分,就是从 x1=-L/2 到 x2=L/2 所以 积分 上限 L/2 下限 -L/2 代入积分上下限积分可得:J= mL²/12 在此基础上,证明平行轴定理,假设把 转轴从 O点 向左移动 距离 d,并以那一点作为原点, 那么 杆左端坐标为 -(L/2 - d) 右端坐标为 (L/2 + d) 因此转动惯量 J=J=∫x²dm =(m/L)∫x²dx 积分上限 (L/2 + d) 下限 -(L/2 - d) 代入积分可得:J = mL²/12 + md²

乳源瑶族自治县17880493122: 平行轴定理内容,公式是什么? -
兆昆胜曲克:[答案] 如果物体绕通过质心的轴的转动惯量是 Jc 绕与该质心轴平行的轴的转动惯量为 J 则 J = Jc + md^2 其中 m是物体的质量; d 是两个平行轴之间的距离; 符号 ^2 表示平方

乳源瑶族自治县17880493122: 请问转动惯量中的平行轴定理是什么公式及适用条件 稍具体一点为好 -
兆昆胜曲克:[答案] 如果物体绕通过质心的轴的转动惯量是 Jc 绕与该质心轴平行的轴的转动惯量为 J 则 J = Jc + md^2 其中 m是物体的质量; d 是两个平行轴之间的距离

乳源瑶族自治县17880493122: 验证平行轴定理为什么用两个滑块对称放置 -
兆昆胜曲克: 一方面增大了测量误差.另一方面影响仪器的使用寿命.如果采用两个对称放置,两力矩大小相等,方向相反,于是相互抵消了.

乳源瑶族自治县17880493122: 验证平行轴定理实验中,验证的是金属滑块还是金属细杆的转动惯量?为什么? -
兆昆胜曲克: 金属滑块的~因为细杆的转动惯量已知

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