Tre aste ciascuna di massa M e lunghezza L, sono unite insieme per formare un triangolo equilatero. Qual è il momento di inerzia di un sistema su un asse che passa attraverso il suo centro di massa e perpendicolare al piano del triangolo?

Tre aste ciascuna di massa M e lunghezza L, sono unite insieme per formare un triangolo equilatero. Qual è il momento di inerzia di un sistema su un asse che passa attraverso il suo centro di massa e perpendicolare al piano del triangolo?
Anonim

Risposta:

# 1/2 ML ^ 2 #

Spiegazione:

Il momento di inerzia di una singola asta attorno a un asse che passa attraverso il suo centro e perpendicolare ad esso è

# 1/12 ML ^ 2 #

Quello di ciascun lato del triangolo equilatero attorno a un asse che passa attraverso il centro del triangolo e perpendicolare al suo piano è

# 1 / 12ML ^ 2 + M (L / (2sqrt3)) ^ 2 = 1/6 ML ^ 2 #

(dal teorema dell'asse parallelo).

Il momento di inerzia del triangolo attorno a questo asse è quindi

# 3 volte 1/6 ML ^ 2 = 1/2 ML ^ 2 #

Supponendo che le aste siano sottili, la posizione del centro di massa di ciascuna asta è al centro dell'asta. Poiché le barre formano un triangolo equilatero, il centro di massa del sistema si troverà al centroide del triangolo.

Permettere # D # essere la distanza del centroide da uno qualsiasi dei lati.

# D / (L / 2) = tan30 #

# => D = L / 2tan30 #

# => D = L / (2sqrt3) # …..(1)

Il momento di inerzia di una singola asta attorno a un asse che passa attraverso il centroide perpendicolare al piano del triangolo usando l'asse parallelo è

#I_ "cm" "verga" = I_ + Md ^ 2 #

Ci sono tre aste posizionate in modo simile, quindi sarebbe il momento di inerzia totale di tre aste

#I_ "sistema" = 3 (I_ "cm" + Md ^ 2) #

# => "Sistema" I_ = 3I_ "cm" + 3MD ^ 2 # …….(2)

Il secondo termine usando (1) è

# 3MD ^ 2 = 3M (L / (2sqrt3)) ^ 2 #

# => 3Md ^ 2 = 1 / 4ML ^ 2 # …..(3)

Come momento di inerzia di una canna attorno al suo centro di massa

#I_ "cm" = 1 / 12ML ^ 2 #

Il primo termine in (2) diventa

# 3I_ "cm" = 3xx1 / 12ML ^ 2 = 1 / 4ML ^ 2 # ….(4)

Usando (3) e (4), l'equazione (2) diventa

#I_ "system" = 1 / 4ML ^ 2 + 1 / 4ML ^ 2 = 1 / 2ML ^ 2 kgm ^ 2 #