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轉動慣量

指数 轉動慣量

在经典力學中,轉動慣量又稱慣性矩(Moment of inertia),通常以I表示,國際單位制為·。轉動慣量是一個物體對於其旋轉運動的慣性大小的量度。一個剛體對於某轉軸的轉動慣量決定了對於這物體繞著這轉軸進行某種角加速度運動所需要施加的力矩。轉動慣量在转动動力學中的角色相當於線性動力學中的質量,描述角動量、角速度、力矩和角加速度等數個量之間的關係。.

28 关系: 动能力矩向量恆等式列表实数對稱矩陣對角矩陣三次方程平行軸定理刚体国际单位制积分線密度特徵向量直角座標系行列式飛輪矩角加速度角动量角速度質心質點质量轉動慣量列表正交方向餘弦无量纲转动惯量旋转慣性

动能

动能是物质运动时所得到的能量。它通常被定义成使某物体从静止状态至运动状态所做的功。由于运动是相对的,动能也是相对于某参照系而言。同一物体在不同的参照系会有不同的速率,也就是有不同的动能。动能的国际单位是焦耳(J),以基本单位表示是千克米平方每秒平方(kg·m2·s-2)。一个物体的动能只有在速率改变时才会改变。.

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力矩

在物理学裏,作用力促使物體繞著轉動軸或支點轉動的趨向,稱為力矩(torque),也就是扭转的力。转动力矩又称为转矩。力矩能够使物体改变其旋转运动。推擠或拖拉涉及到作用力 ,而扭转則涉及到力矩。如图右,力矩\boldsymbol\,\!等於径向向量\mathbf\,\!与作用力\mathbf\,\!的叉积。 簡略地说,力矩是一種施加於好像螺栓或飛輪一類的物體的扭轉力。例如,用扳手的開口箝緊螺栓或螺帽,然後轉動扳手,這動作會產生力矩來轉動螺栓或螺帽。 根據国际单位制,力矩的单位是牛顿\cdot米。本物理量非能量,因此不能以焦耳(J)作單位;根據英制单位,力矩的单位则是英尺\cdot磅。力矩的表示符号是希腊字母\boldsymbol\,\!,或\mathbf\,\!。 力矩與三個物理量有關:施加的作用力\mathbf\,\!、從轉軸到施力點的位移向量\mathbf\,\!、兩個向量之間的夾角\theta\,\!。力矩\boldsymbol\,\!以向量方程式表示為 力矩的大小.

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向量恆等式列表

這條目陳列一些常用的向量代數的恆等式。.

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实数

实数,是有理數和無理數的总称,前者如0、-4、81/7;后者如\sqrt、\pi等。实数可以直观地看作小數(有限或無限的),它們能把数轴「填滿」。但僅僅以枚舉的方式不能描述實數的全體。实数和虚数共同构成复数。 根据日常经验,有理數集在數軸上似乎是「稠密」的,于是古人一直认为用有理數即能滿足測量上的實際需要。以邊長為1公分的正方形為例,其對角線有多長?在規定的精度下(比如誤差小於0.001公分),總可以用有理數來表示足夠精確的測量結果(比如1.414公分)。但是,古希臘畢達哥拉斯學派的數學家發現,只使用有理數無法完全精確地表示這條對角線的長度,這徹底地打擊了他們的數學理念;他們原以為:.

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對稱矩陣

在線性代數中,對稱矩陣是一個方形矩陣,其轉置矩陣和自身相等。 對稱矩陣中的右上至左下方向元素以主對角線(左上至右下)為軸進行對稱。若將其寫作A.

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對角矩陣

對角矩陣(diagonal matrix)是一個主對角線之外的元素皆為0的矩陣。對角線上的元素可以為0或其他值。因此n行n列的矩陣\mathbf.

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三次方程

三次方程是未知项總次数最高为3的整式方程,一元三次方程一般形式為 其中\ a, \ b,\ c和\ d (a \neq 0)是屬於一個域的數字,通常這個域為R或C。 本條目只解釋一元三次方程,而且簡稱之為三次方程。.

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平行軸定理

平行軸定理(英語:parallel axis theorem)能夠很簡易地,從剛體對於一支通過質心的直軸(質心軸)的轉動慣量,計算出剛體對平行於質心軸的另外一支直軸的轉動慣量。 讓 I_\,\! 代表剛體對於質心軸的轉動慣量、M\,\! 代表剛體的質量、d\,\! 代表另外一支直軸 z'-軸與質心軸的垂直距離。那麼,對於 z'-軸的轉動慣量是 平行軸定理、垂直軸定理、伸展定則,這些工具都可以用來求得許多不同形狀的物體的轉動慣量。 平行軸定理也可以應用於面積二次矩(面積慣性矩): 這裏,I_z\,\! 是對於 z-軸的面積慣性矩、I_x\,\! 是對於平面質心軸的面積慣性矩、A\,\! 是面積、d\,\! 是 z-軸與質心軸的垂直距離。 因雅各·史丹納 (Jakob Steiner) 而命名,史丹納定理所指的幾個理論,其中一個理論就是平行軸定理。.

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刚体

在物理学裏,理想刚体(rigid body)是一種有限尺寸,可以忽略形变的固体。不论是否感受到外力,在刚体內部,質點與質點之间的距离都不会改变。这种理想模型适用条件是,运动过程比固体中的弹性波的传播要缓慢得多。根據相對論,這種物體不可能實際存在,但物體通常可以假定為完美剛體,前提是必須滿足運動速度遠小於光速的條件。 在经典力学裡,刚体通常被視為连续质量分佈体;在量子力学裏,刚体被視為一群粒子的聚集。例如,分子(由假定為質點的电子与核子组成)时常會被视为刚体。.

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国际单位制

國際單位制(Système International d'Unités,簡稱SI),-->源於公制(又稱米制),是世界上最普遍採用的標準度量系統。國際單位制以七個基本單位為基礎,由此建立起一系列相互換算關係明確的「一致單位」。另有二十個基於十進制的詞頭,當加在單位名稱或符號前的時候,可用於表達該單位的倍數或分數。 國際單位制源於法國大革命期間所採用的十進制單位系統──公制;現行制度從1948年開始建立,於1960年正式公佈。它的基礎是米-千克-秒制(MKS),而非任何形式的厘米-克-秒制(CGS)。國際單位制的設計意圖是,先定義詞頭和單位名稱,但單位本身的定義則會隨著度量科技的進步、精準度的提高,根據國際協議來演變。例如,分別於2011年、2014年舉辦的第24、25屆國際度量衡大會討論了有關重新定義公斤的提案。 隨著科學的發展,厘米-克-秒制中出現了不少新的單位,而各學科之間在單位使用的問題上也沒有良好的協調。因此在1875年,多個國際組織協定《米制公約》,創立了國際度量衡大會,目的是訂下新度量衡系統的定義,並在國際上建立一套書寫和表達計量的標準。 國際單位制已受大部分發達國家所採納,但在英語國家當中,國際單位制並沒有受到全面的使用。.

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积分

积分是微积分学与数学分析裡的一个核心概念。通常分为定积分和不定积分两种。直观地说,对于一个给定的正实值函数 f(x), f(x)在一个实数区间 上的定积分 可以理解为在 \textstyle Oxy坐标平面上,由曲线 (x,f(x))、直线x.

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線密度

常用單位包括:.

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特徵向量

#重定向 特征值和特征向量.

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直角座標系

#重定向 笛卡尔坐标系.

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行列式

行列式(Determinant)是数学中的一個函數,将一个n \times n的矩陣A映射到一個純量,记作\det(A)或|A|。行列式可以看做是有向面积或体积的概念在一般的欧几里得空间中的推广。或者说,在n 维欧几里得空间中,行列式描述的是一个线性变换对“体积”所造成的影响。无论是在线性代数、多项式理论,还是在微积分学中(比如说换元积分法中),行列式作为基本的数学工具,都有着重要的应用。 行列式概念最早出现在解线性方程组的过程中。十七世纪晚期,关孝和与莱布尼茨的著作中已经使用行列式来确定线性方程组解的个数以及形式。十八世纪开始,行列式开始作为独立的数学概念被研究。十九世纪以后,行列式理论进一步得到发展和完善。矩阵概念的引入使得更多有关行列式的性质被发现,行列式在许多领域都逐渐显现出重要的意义和作用,出现线性自同态和向量组的行列式的定义。 行列式的特性可以被概括为一个交替多线性形式,这个本质使得行列式在欧几里德空间中可以成为描述“体积”的函数。.

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飛輪矩

飛輪矩(inertia effect或inertia moment)簡稱為GD2,是在馬達控制上和轉動慣量有相近意義的物理量。有些資料的飛輪矩單位和轉動慣量相同,有些資料的飛輪矩單位和轉動慣量差了一個加速度。.

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角加速度

角加速度是角速度隨時間的變化率。在國際單位制中,單位是“弧度/秒平方”,通常是用希臘字母\mathbf\,\!來表示。.

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角动量

在物理学中,角动量是与物体的位置向量和动量相关的物理量。對於某慣性參考系的原點\mathbf,物體的角動量是物体的位置向量和动量的叉積,通常写做\mathbf。角动量是矢量。 其中,\mathbf表示物体的位置向量,\mathbf表示角动量。\mathbf表示动量。角動量\mathbf又可寫為: 其中,I表示杆状系统的转动惯量,\boldsymbol是角速度矢量。 假設作用於物體的外力矩和為零,則物體的角动量是守恒的。需要注意的是,由于成立的条件不同,角动量是否守恒与动量是否守恒没有直接的联系。 當物體的運動狀態(動量)發生變化,則表示物體受力作用,而作用力大小就等於動量\mathbf的時變率:\mathbf.

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角速度

角速度(Angular velocity)是在物理学中定义为角位移的变化率,描述物体轉動時,在单位时间内转过多少角度以及转动方向的向量,(更准确地说,是贗向量),通常用希腊字母Ω或ω来表示。 在国际单位制中,单位是弧度每秒(rad/s)。在日常生活,通常量度單位時間內的轉動週數,即是每分鐘轉速(rpm),電腦硬盤和汽車引擎轉數就是以rpm來量度,物理學則以rev/min表示每分鐘轉動週數。 角速度的方向垂直于转动平面,可通过右手定则来确定,物體以逆時針方向轉動其角速度為正值,物體以順時針方向轉動其角速度為負值。 角速度量值的大小稱作角速率,通常也是用ω來表示。.

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質心

質心為多質點系統的質量中心。若對該點施力,系統會沿著力的方向運動、不會旋轉。質點位置對質量加權取平均值,可得質心位置。以質心的概念計算力學通常比較簡單。質心對應的英文有 center of mass 與 barycenter(或 barycentre,源自古希臘的 βαρύς heavy + κέντρον centre)。後者指兩個或多個物體互繞物體的質量中心。 Barycenter 在天文學和天文物理上是很重要的一個觀念。從一個物體的質心轉移一個距離至彼此的質心,可以簡化成二體問題來進行計算。在兩個天體當中,有一個比另一個大許多的情況下(在相對封閉的環境),質心通常會位於質量較大的天體之內。因而較小的天體會在軌道上繞著共同的質心運動,而較大的僅僅只會略微"抖動"。地月系統就是這樣的狀況,倆者的質心距離地球的中心4,671公里,而地球的半徑是6,378公里。當兩個天體的質量差異不大時,質心通常會介於兩者之間,而這兩個天體會呈現互繞的現象。冥王星和它的衛星夏戎,還有許多雙小行星和聯星,都是這種情況的例子。木星和太陽的質量相差雖然超過1,000倍,但因為它們之間的距離較大,也是這一類型的例子。 在天文學,質心座標是非轉動座標,其原點是兩個或多個天體的質心所在。國際天球參考系統是質心座標之一,它的原點是太陽系的質心所在之處。 在幾何學,質心不等同於重心,是二維形狀的幾何中心。.

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質點

質點是一個有质量的点,在動力學中常用来代替物体。质点是一个物理抽象,也是一个理想化模型。J.L. Meriam, L.G. Kraige, "Engineering Mechanics: Dynamics," 第三版,ISBN 0471592730。.

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质量

在日常生活中的“重量”常常被用來表示“質量”,但是在科学上,这两个词表示物质不同的属性(参见质量对重量)。 在物理上,质量通常指物质在以下的三个实验上证明等价的属性之一:.

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轉動慣量列表

對於一個有多個質點的系統,I.

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正交

正交是线性代数的概念,是垂直這一直觀概念的推廣。作為一個形容詞,只有在一個確定的內積空間中才有意義。若內積空間中兩向量的內積為0,則稱它們是正交的。如果能夠定義向量間的夾角,則正交可以直觀的理解為垂直。物理中:運動的獨立性,也可以用正交來解釋。.

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方向餘弦

在解析幾何裏,一個向量的三個方向餘弦分別是這向量與三個坐標軸之間的角度的餘弦。 假設 \mathbf \, 是三維空間裏的向量: 其中,\boldsymbol\, 、\boldsymbol\, 、\boldsymbol\, 是一組標準正交基的單位基底向量,v_1\, 、v_2\, 、v_3\, 分別為 \mathbf \, 對於x-軸、y-軸、z-軸的分量。 那麼,\mathbf \, 對於x-軸、y-軸、z-軸的方向餘弦 \alpha \, 、\beta \, 、\gamma \, 分別為 \alpha &.

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无量纲转动惯量

无量纲转动惯量是天文学中常用的的一个物理量,用以衡量天体内部的质量分布,是测量天体内部结构的重要指标。通常这一值越大(越接近0.4),天体密度越均匀。 计算公式:转动惯量÷(质量×半径2) 极限情形:.

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旋转

旋转在几何和线性代数中是描述刚体围绕一个固定点的运动的在平面或空间中的变换。旋转不同于没有固定点的平移,和翻转变换的形体的反射。旋转和上面提及的变换是等距的,它们保留在任何两点之间的距离在变换之后不变。.

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慣性

在物理學裡,慣性()是物體抵抗其運動狀態被改變的性質。物體的慣性可以用其質量來衡量,質量越大,慣性也越大。艾薩克·牛頓在鉅著《自然哲學的數學原理》裡定義慣性為: 更具體而言,牛頓第一定律表明,存在某些參考系,在其中,不受外力的物體都保持靜止或等速直線運動。也就是說,從某些参考系觀察,假若施加於物體的淨外力為零,則物體運動速度的大小與方向恒定。慣性定義為,牛頓第一定律中的物體具有保持原來運動狀態的性質。滿足牛頓第一定律的參考系,稱為慣性參考系。稍後會有關於慣性參考系的更詳細論述。 慣性原理是經典力學的基礎原理。很多學者認為慣性原理就是牛頓第一定律。遵守這原理,物體會持續地以現有速度移動,除非有外力迫使改變其速度。 在地球表面,慣性時常會被摩擦力、空氣阻力等等效應掩蔽,從而促使物體的移動速度變得越來越慢(通常最後會變成靜止狀態)。這現象誤導了許多古代學者,例如,亞里斯多德認為,在宇宙裡,所有物體都有其「自然位置」──處於完美狀態的位置,物體會固定不動於其自然位置,只有當外力施加時,物體才會移動。.

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