Оси инерции. Главные оси и главные моменты инерции. Основные геометрические характеристики сечений

ОСИ ИНЕРЦИИ

ОСИ ИНЕРЦИИ

Главные, три взаимно перпендикулярные оси, проведённые через к.-л. точку тела и обладающие тем св-вом, что если их принять за координатные оси, то центробежные инерции тела относительно этих осей будут равны нулю. Если тв. тело, закреплённое в одной точке, приведено во вращение вокруг оси, к-рая в данной точке явл. главной О. и., то тело при отсутствии внеш. сил будет продолжать вращаться вокруг этой оси, как вокруг неподвижной. Понятие о главных О. и. играет важную роль в динамике тв. тела.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

ОСИ ИНЕРЦИИ

Главные - три взаимноперпендикулярные оси, проведённые через к.-н. точку тела, совпадающие сосями эллипсоида инерции тела в этой точке. Главные О. и. обладают темсвойством, что если их принять за координатные оси, то центробежные моментыинерции тела относительно этих осей будут равны нулю. Если одна из координатныхосей, напр. ось Ох, является для точки О главной О. и., тоцентробежные моменты инерции, в индексы к-рых входит наименование этойоси, т. е. I xy и I xz , равны нулю. Еслитвёрдое тело, закреплённое в одной точке, приведено во вращение вокругоси, к-рая в данной точке является главной О. и., то тело при отсутствиивнеш. сил будет продолжать вращаться вокруг этой оси, как вокруг неподвижной.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "ОСИ ИНЕРЦИИ" в других словарях:

Главные три взаимно перпендикулярные оси, которые можно провести через любую точку твердого тела, отличающиеся тем, что если тело, закрепленное в этой точке, привести во вращение вокруг одной из них, то при отсутствии внешних сил оно будет… … Большой Энциклопедический словарь

Главные, три взаимно перпендикулярные оси, которые можно провести через любую точку твердого тела, отличающиеся тем, что если тело, закреплённое в этой точке, привести во вращение вокруг одной из них, то при отсутствии внешних сил оно будет… … Энциклопедический словарь

Главные, три взаимно перпендикулярные оси, проведённые через какую нибудь точку тела, обладающие тем свойством, что, если их принять за координатные оси, то центробежные моменты инерции (См. Момент инерции) тела относительно этих осей… … Большая советская энциклопедия

Главные, три взаимно перпендикулярные оси, к рые можно провести через любую точку тв. тела, отличающиеся тем, что если тело, закреплённое в этой точке, привести во вращение вокруг одной из них, то при отсутствии внеш. сил оно будет продолжать… … Естествознание. Энциклопедический словарь

главные оси инерции - Три взаимно перпендикулярные оси, проведенные через центр тяжести тела, обладающие тем свойством, что, если их принять за координатные оси, то центробежные моменты инерции тела относительно этих осей будут равны нулю.… … Справочник технического переводчика

главные оси инерции - три взаимно перпендикулярные оси, проведенные через центр тяжести тела, обладающие тем свойством, что, если их принять за координатные оси, то центробежные моменты инерции тела относительно этих осей будут равны нулю.… …

- … Википедия

Оси главные - : Смотри также: главные оси инерции главные оси (тензора) деформации … Энциклопедический словарь по металлургии

Размерность L2M Единицы измерения СИ кг·м² СГС … Википедия

Момент инерции скалярная физическая величина, характеризующая распределение масс в теле, равная сумме произведений элементарных масс на квадрат их расстояний до базового множества (точки, прямой или плоскости). Единица измерения СИ: кг·м².… … Википедия

Книги

• Торетическая физика. Часть 3. Механика твердого тела (2-е издание) , А.А. Эйхенвальд. Третья часть данного курса теоретической физики представляет собой естественное продолжение части II: основные принципы механики применяются здесь к твердому телу, т. е. к системе…

Оси, относительно которых центробежный момент инерции равен нулю, называются главными, а моменты инерции относительно этих осей называются главными моментами инерции.

Перепишем формулу (2.18) с учетом известных тригонометрических соотношений:

;

в таком виде

С целью определения положения главных центральных осей, продифференцируем равенство (2.21) по углу α один раз получим

При некотором значении угла α=α 0 , центробежный момент инерции может оказаться равным нулю. Следовательно, с учетом производной (в ), осевой момент инерции примет экстремальное значение. Приравнивая

,

получаем формулу для определения положения главных осей инерции в виде:

(2.22)

В формуле (2.21) вынесем за скобки соs2α 0 и подставим туда значение (2.22) и с учетом известной тригонометрической зависимости получим:

После упрощения окончательно получим формулу для определения значений главных моментов инерции:

(2.23)

Формула (20.1) применяется для определения моментов инерции относительно главных осей. Формула (2.22) не дает прямого ответа на вопрос о том: относительно какой оси момент инерции будет максимальный или минимальный. По аналогии с теорией по исследованию плоского напряженного состояния приведем более удобные формулы для определения положения главных осей инерции:

(2.24)

Здесь α 1 и α 2 определяют положение осей, относительно которых моменты инерции соответственно равны J 1 и J 2 . При этом следует иметь в виду, что сумма модулей углов α 01 и α 02 должна равняться π/2:

Условие (2.24) является условием ортогональности главных осей инерции плоского сечения.

Следует отметить, что при пользовании формулами (2.22) и (2.24) для определения положения главных осей инерции должна соблюдаться такая закономерность:

Главная ось, относительно которой момент инерции максимален, составляет наименьший угол с той исходной осью, относительно которой момент инерции больше.

Пример 2.2.

Определить геометрические характеристики плоских сечений бруса относительно главных центральных осей:

Решение

Предложенное сечение является несимметричным. Поэтому положение центральных осей будет определяться двумя координатами, главные центральные оси будут развернуты относительно центральных осей на определенный угол. Отсюда вытекает такой алгоритм решения задачи по определению основных геометрических характеристик.

1. Разбиваем сечение на два прямоугольника с такими площадями и моментами инерции относительно собственных центральных осей:

F 1 =12 cм 2 , F 2 =18 cм 2 ;

2. Задаемся системой вспомогательных осей х 0 у 0 с началом в точке А . Координаты центров тяжести прямоугольников в этой системе осей такие:

х 1 =4 см; х 2 =1 см; у 1 =1,5 см; у 2 =4,5 см.

3. Определяем координаты центра тяжести сечения по формулам (2.4):

Наносим центральные оси (на рис 2.9 красным цветом).

4. Вычисляем осевые и центробежный моменты инерции относительно центральных осей х с и у с по формулам (2.13) применительно к составному сечению:

5. Находим главные моменты инерции по формуле (2.23)

6. Определяем положение главных центральных осей инерции х и у по формуле (2.24):

Главные центральные оси показаны на (рис. 2.9) синим цветом.

7. Проверим проведенные вычисления. Для этого проведем следующие вычисления:

Сумма осевых моментов инерции относительно главных центральных и центральных осей должна быть одинаковой:

Сумма модулей углов α х и α у, , определяющих положение главных центральных осей:

Кроме того, выполняется положение о том, что главная центральная ось х , относительно которой момент инерции J x имеет максимальное значение, составляет меньший угол с той центральной осью, относительно которой момент инерции больше, т.е. с осью х с.

Главные, три взаимно перпендикулярные оси, проведённые через к.-л. точку тела и обладающие тем св-вом, что если их принять за координатные оси, то центробежные моменты инерции тела относительно этих осей будут равны нулю. Если тв. тело, закреплённое в одной точке, приведено во вращение вокруг оси, к-рая в данной точке явл. главной О. и., то тело при отсутствии внеш.сил будет продолжать вращаться вокруг этой оси, как вокруг неподвижной. Понятие о главных О. и. играет важную роль в динамике тв. тела.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия ..1983 .

ОСИ ИНЕРЦИИ

Главные - три взаимноперпендикулярные оси, проведённые через к.-н. точку тела, совпадающие сосями эллипсоида инерции тела в этой точке. Главные О. и. обладают темсвойством, что если их принять за координатные оси, то центробежные моментыинерции тела относительно этих осей будут равны нулю. Если одна из координатныхосей, напр. ось Ох, является для точки О главной О. и., тоцентробежные моменты инерции, в индексы к-рых входит наименование этойоси, т. е. I xy и I xz , равны нулю. Еслитвёрдое тело, закреплённое в одной точке, приведено во вращение вокругоси, к-рая в данной точке является главной О. и., то тело при отсутствиивнеш. сил будет продолжать вращаться вокруг этой оси, как вокруг неподвижной.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия .Главный редактор А. М. Прохоров .1988 .

Задание 5.3.1: Для сечения известны осевые моменты инерции сечения относительно осей х1, у1, х2 : , . Осевой момент инерции относительно оси у2 равен…

1) 1000 см4; 2) 2000 см4; 3) 2500 см4; 4) 3000 см4.

Решение: Верный ответ - 3). Сумма осевых моментов инерции сечения относительно двух взаимно перпендикулярных осей при повороте осей на некоторый угол остается постоянной, то есть

После подстановки заданных значений получим.

Задание 5.3.2: Из указанных центральных осей сечения равнополочного уголка главными являются…

1) х3 ; 2) все; 3) х1 ; 4) х2 .

Решение: Верный ответ - 4). Для симметричных сечений оси симметрии являются главными осями инерции.

Задание 5.3.3: Главные оси инерции …

• 1) можно провести только через точки, лежащие на оси симметрии;
• 2) можно провести только через центр тяжести плоской фигуры;
• 3) это оси, относительно которых моменты инерции плоской фигуры равны нулю;
• 4) можно провести через любую точку плоской фигуры.

Решение: Верный ответ - 4). На рисунке показана произвольная плоская фигура. Через точку С проведены две взаимно перпендикулярные оси U и V .

В курсе сопротивления материалов доказывается, что если эти оси поворачивать, то можно определить такое их положение, при котором центробежный момент инерции площади обращается в ноль, а моменты инерции относительно этих осей принимают экстремальные значения. Такие оси называются главными осями.

Задание 5.3.4: Из указанных центральных осей главными осями сечения являются…

1) все; 2) х1 и х3 ; 3) х2 и х3 ; 4) х2 и х4 .

Решение: Верный ответ - 1). Для симметричных сечений оси симметрии являются главными осями инерции.

Задание 5.3.5: Оси, относительно которых центробежный момент инерции равен нулю, а осевые моменты принимают экстремальные значения, называются…

• 1) центральными осями; 2) осями симметрии;
• 3) главными центральными осями; 4) главными осями.

Решение: Верный ответ - 4). При повороте осей координат на угол б моменты инерции сечения меняются.

Пусть заданы моменты инерции сечения относительно координатных осей x , y . Тогда моменты инерции сечения в системе координатных осей u , v , повернутых на некоторый угол относительно осей x , y , равны

При некотором значении угла центробежный момент инерции сечения обращается в нуль, а осевые моменты инерции принимают экстремальные значения. Данные оси называются главными осями.

Задание 5.3.6: Момент инерции сечения относительно главной центральной оси хС равен…

1); 2) ; 3) ; 4) .

Решение: Верный ответ - 2)

Для вычисления используем формулу

Главные оси инерции и главные моменты инерции.

При изменении угла величины Ix1, Iy1 и Ix1y1 изменяются. Найдем значение угла, при котором Ix1 и Iy1имеют экстремальные значения; для этого возьмем от Ix1 или Iy1 первую производную по и преравняем ее нулю:илиоткуда(1.28)

Эта формула определяет положение двух осей, относительно одной из которых осевой момент инерции максимален, а относительно другой - минемален.

Такие оси называют главными. Моменты инерции относительно главных осей называются главными моментами инерции.

Значения главных моментов инерции найдем из формул (1.23) и (1.24), подставив в них из формулы (1.28), при этом используем известные формулы тригонометрии для функций двойных углов.

После преобразований получим следующую формулу для определения главных моментов инерции: (1.29)

Исследуя вторую производную можно установить, что для данного случая (Ix < Iy) максимальный момент инерции Imax имеет место относительно главной оси, повернутой на угол по отношению к оси х, а минимальный момент инерции - относительно другой, перпендикулярной оси. В большинстве случаев в этом исследовании нет надобности, так как по конфигурации сечений видно, какая из главных осей соответствует максимуму момента инерции.

Главные оси, проходящие через центр тяжести сечения, называются главными центральными осями.

Во многих случаях удается сразу определить положение главных центральных осей. Если фигура имеет ось симметрии, то она является одной из главных центральных осей, вторая проходит через центр тяжести сечения перпендикулярно первой. Сказанное следует из того обстоятельства, что относительно оси симметрии и любой оси, ей перпендикулярной, центробежный момент инерции равен нулю.

В случае если два главных центральных момента инерции сечения равны между собой, то у этого сечения любая центральная ось является главной, и все главные центральные моменты инерции одинаковы (круг, квадрат, шестиугольник, равносторонний шестиугольник).

9.Основные геометрические характеристики сечений

Здесь: C - центр тяжести плоских сечений;

A - площадь сечения;

I x , I y - осевые моменты инерции сечения относительно главных осей;

I xI , I yI - осевые моменты инерции относительно вспомогательных осей;

I p - полярный момент инерции сечения;

W x , W y - осевые моменты сопротивления;

W p - полярный момент сопротивления

Прямоугольное сечение

Сечение равнобедренный треугольник

10.Основные виды сил, действующие на тело. Момент силы относительно центра. Свойства момента сил.

При рас­смот­ре­нии ме­ха­ни­че­ских задач боль­шин­ство сил, дей­ству­ю­щих на тела, можно от­не­сти к трем ос­нов­ным раз­но­вид­но­стям:

Сила все­мир­но­го тя­го­те­ния;

Сила тре­ния;

Сила упру­го­сти.

Все окру­жа­ю­щие нас тела при­тя­ги­ва­ют­ся к Земле, это обу­слов­ле­но дей­стви­ем сил все­мир­но­го тя­го­те­ния. Если мы будем пре­не­бре­гать со­про­тив­ле­ни­ем воз­ду­ха, то мы уже знаем, что все тела па­да­ют на Землю с оди­на­ко­вым уско­ре­ни­ем – уско­ре­ни­ем сво­бод­но­го па­де­ния.

Как и вся­кий пред­мет, тело, под­ве­шен­ное на пру­жине, стре­мит­ся упасть вниз из-за при­тя­же­ния Земли, но, когда пру­жи­на рас­тя­нет­ся до неко­то­рой длины, тело оста­нав­ли­ва­ет­ся, то есть при­хо­дит в со­сто­я­ние ме­ха­ни­че­ско­го рав­но­ве­сия. Мы уже знаем, что ме­ха­ни­че­ское рав­но­ве­сие на­сту­па­ет, когда сумма сил, дей­ству­ю­щих на тело, равна нулю. Это озна­ча­ет, что сила тя­же­сти, дей­ству­ю­щая на груз, долж­на урав­но­ве­сить­ся с неко­то­рой силой, дей­ству­ю­щей со сто­ро­ны пру­жи­ны. Эта сила, на­прав­лен­ная про­тив силы тя­же­сти и дей­ству­ю­щая со сто­ро­ны пру­жи­ны, на­зы­ва­ет­ся силой упру­го­сти.

Прой­дя неко­то­рое рас­сто­я­ние, тело оста­нав­ли­ва­ет­ся, ско­рость тела умень­ша­ет­ся от на­чаль­но­го зна­че­ния до нуля, то есть уско­ре­ние тела – ве­ли­чи­на от­ри­ца­тель­ная. Сле­до­ва­тель­но, на тело со сто­ро­ны по­верх­но­сти дей­ству­ет сила, ко­то­рая стре­мит­ся оста­но­вить это тело, то есть дей­ству­ет про­тив его ско­ро­сти. Эта сила на­зы­ва­ет­ся силой тре­ния.

Момент силы относительно центра (точки).

Моментом силы F относительно центра (точки) О называется вектор m o (F) равный векторному произведению радиуса вектора r , проведенного из центра О в точку А приложения силы, на вектор силы F :

где плечо h  перпендикуляр, опущенный из центра О на линию действия силы F.

Момент m o (F) характеризует вращательный эффект силы F относительно центра (точки) О .

Свойства момента силы:

1. Момент силы относительно центра не изменяется при переносе силы вдоль линии ее действия в любую точку;

2. Если линия действия силы проходит через центр О (h = 0), то момент силы относительно центра О равен нулю .