惯量的意思、惯量的详细解释
惯量的解释
[inertia] [物]∶以物质质量来度量其惯性大小的物理量,其大小与物质质量相应
词语分解
- 惯的解释 惯 (慣) à 习以为常的,积久成性的:习惯。惯常。惯于。惯例。惯匪。惯犯。惯性。司空见惯。 纵容,放任:惯纵。宠惯。娇惯。 笔画数:; 部首:忄; 笔顺编号:
- 量的解释 量 á 确定、计测东西的多少、长短、高低、深浅、远近等的器具:量具。量杯。量筒。量角器。 用计测器具或其他作为标准的东西确定、计测:计量。测量。量度。量体温。 估计,揣测:估量。思量。打量。 质 量
专业解析
惯量(又称转动惯量)是物理学中描述物体抵抗自身转动状态改变能力的物理量,是物体转动时惯性的量度。其核心含义可从以下角度理解:
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基本定义与物理意义
在经典力学中,惯量特指物体绕某一固定轴旋转时,其质量分布对该轴转动惯性大小的度量。它反映了物体保持原有静止或匀速转动状态的倾向性。要使物体获得角加速度,必须施加力矩,而惯量越大,产生相同角加速度所需的力矩就越大。这与平动中质量(描述物体抵抗平动状态改变的能力)的概念相对应。
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与质量的区别与联系
惯量(转动惯量)是质量在转动运动中的类比量,但两者有本质区别:
- 质量是标量,仅取决于物体所含物质的多少。
- 惯量(转动惯量)则不仅取决于物体的总质量,还高度依赖于质量的分布以及相对于特定转轴的位置。质量离转轴越远,对该轴的惯量就越大。例如,质量相同的圆环和圆盘绕中心轴旋转,圆环的惯量更大。
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计算公式与应用
对于一个质点绕某轴的转动惯量 ( I ) 定义为该质点的质量 ( m ) 与其到转轴垂直距离 ( r ) 平方的乘积:
$$
I = m r
$$
对于连续分布的刚体,其绕某轴的转动惯量需要通过积分计算:
$$
I = int r , dm
$$
其中 ( dm ) 是质量微元,( r ) 是该微元到转轴的垂直距离。惯量在工程和物理学中应用广泛,如计算飞轮的储能能力、分析机械系统的转动稳定性、研究陀螺仪的运动等。
参考资料来源:
- 全国科学技术名词审定委员会.《物理学名词》(第三版). 科学出版社.
- 张三慧.《大学物理学:力学、热学》(第四版). 清华大学出版社. (说明惯量与质量分布的关系)
- 刘鸿文.《材料力学》(第六版). 高等教育出版社. (涉及转动惯量在工程构件分析中的应用)
网络扩展解释
“惯量”是物理学中的一个重要概念,通常指物体抵抗运动状态变化的属性,具体可分为以下两类:
1.平动惯量(惯性)
- 定义:即日常所说的“惯性”,指物体保持原有静止或匀速直线运动状态的能力,由牛顿第一定律描述。质量是平动惯量的量度,质量越大,惯性越强。
- 公式:运动状态变化与力的关系为 $$F = ma$$,其中质量 ( m ) 直接体现惯性大小。
2.转动惯量
- 定义:物体抵抗旋转运动状态变化的能力,取决于质量分布和转轴位置。例如,质量离转轴越远,转动惯量越大。
- 公式:转动惯量 ( I ) 的计算为 $$I = sum m_i r_i$$,其中 ( m_i ) 是质元质量,( r_i ) 是质元到转轴的距离。
- 应用:如花样滑冰运动员收紧身体减小转动惯量以加速旋转,或机械飞轮通过增大转动惯量储存能量。
对比说明
- 平动惯量仅与总质量相关,而转动惯量还受几何形状影响。例如,相同质量的实心球与空心圆柱,转动惯量不同。
其他领域
在工程中,“惯量”可能指系统对变化的响应延迟(如电机启动时的惯性)。但物理学的转动/平动惯量仍是核心含义。
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