ขอต้อนรับ ผู้มาเยือน กรุณา ล็อกอิน หรือ สมัครสมาชิก
Did you miss your activation email?

ล็อกอินด้วยชื่อผู้ใช้ รหัสผ่่าน และระยะเวลาใช้งาน

มีน้ำใจ ไม่อวดตัว มั่วไม่ทำ

...

เสรีภาพทางการศึกษาคือหัวใจของการศึกษาที่แท้จริง

คนแรกที่ควรได้รับการศึกษาคือผู้ให้การศึกษา

mPEC on Facebook

IPhO 2011 on Facebook

IPhO 2011

Further Academy
 
Advanced search

37971 Posts in 5626 Topics- by 4057 Members - Latest Member: elevatorthailand
Pages: 1   Go Down
Print
Author Topic: Moment of inertia of a cube  (Read 5701 times)
0 Members and 1 Guest are viewing this topic.
เกียรติศักดิ์
Administrator
neutrino
*****
Offline Offline

Posts: 296


:)


WWW
« on: November 29, 2005, 12:35:34 AM »

In case you're interested, this is what we did in class today in finding a moment of inertia of a cube with respect to any axis passing through its center of mass, provided that the mass density,  \varrho , is constant.

Let  \vec{r} be the position vector of any infinitesimal mass form the centre of the cube,  \hat{u} be a unit vector pointing along an arbitrary axis, and  \rho be the distance from the axis to the infinitesimal mass.

 \begin{array}{rcl} \vec{r} &=& x \hat{i} + y \hat{j} + z \hat{k} \\[10pt] \hat{u} &=& \dfrac{a \hat{i} + b \hat{j} + c \hat{k}}{\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}} \\[10pt] I &=& \int \varrho \; \mathrm{d} V \; \rho^2 \end{array}

 \begin{array}{rcl} \int \varrho \; \mathrm{d} V \; \rho^2 &=& \varrho \int \int \int \mathrm{d} x \mathrm{d} y \mathrm{d} z \; \left[ r^2 - (\vec{r} \cdot \hat{u})^2 \right] \\[10pt] &=& \varrho \int \int \int \mathrm{d} x \mathrm{d} y \mathrm{d} z \; \left[ x^2 + y^2 + z^2 - \left( \frac{xa}{\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}} + \frac{yb}{\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}} + \frac{zc}{\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}} \right)^2 \right] \\[10pt] &=& \varrho \int \int \int \mathrm{d} x \mathrm{d} y \mathrm{d} z \; \left \{ x^2 + y^2 + z^2 - \frac{1}{a^2 + b^2 + c^2} \cdot \right. \\[10pt] && \qquad \qquad \left. \left[ x^2 a^2 + y^2 b^2 + z^2 c^2 + 2xyab + 2yzbc + 2xzac \right] \right \} \end{array}

It is clear that the integrals of the cross terms vanish.

 \begin{array}{rcl} \int \varrho \; \mathrm{d} V \; \rho^2 &=& \varrho \left[ \int_{- \frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}} x^2 \left( 1 - \frac{a^2}{a^2 + b^2 + c^2} \right) \mathrm{d} x \int_{- \frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}} \mathrm{d} y \int_{- \frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}} \mathrm{d} z \right. \\[10pt] && \left. + \int_{- \frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}} \mathrm{d} x \int_{- \frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}} y^2 \left( 1 - \frac{b^2}{b^2 + b^2 + c^2} \right) \mathrm{d} y \int_{- \frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}} \mathrm{d} z \right. \\[10pt] && \left. + \int_{- \frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}} \mathrm{d} x \int_{- \frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}} \mathrm{d} y \int z^2 \left( 1 - \frac{c^2}{a^2 + b^2 + c^2} \right) \mathrm{d} z \right] \\[10pt] &=& \varrho \left[ \frac{2}{3} \frac{L^3}{8} L^2 \right] \left[ \left( 1 - \frac{a^2}{a^2 + b^2 + c^2} \right) + \left( 1 - \frac{b^2}{b^2 + b^2 + c^2} \right) + \left( 1 - \frac{c^2}{a^2 + b^2 + c^2} \right) \right] \end{array}

 \begin{array}{rcl} \int \varrho \; \mathrm{d} V \; \rho^2 &=& \frac{1}{6} \varrho L^5 \\[10pt] &=& \frac{1}{6} \frac{M}{L^3} L^5 \\[10pt] &=& \frac{1}{6} M L^2 \end{array}

Notice that this is independent of an axis chosen.

Wink
« Last Edit: October 19, 2009, 07:20:46 AM by ปิยพงษ์ - Head Admin » Logged

Scientia gaza inaestimabilis est.
ปิยพงษ์ - Head Admin
Administrator
SuperHelper
*****
Offline Offline

Posts: 5615


มีน้ำใจ ไม่อวดตัว มั่วไม่ทำ


WWW
« Reply #1 on: November 29, 2005, 07:30:05 AM »

Thank you.  Cheesy
Logged

มีน้ำใจ ไม่อวดตัว มั่วไม่ทำ
เกียรติศักดิ์
Administrator
neutrino
*****
Offline Offline

Posts: 296


:)


WWW
« Reply #2 on: November 29, 2005, 07:04:51 PM »

You're welcome. Cheesy
Logged

Scientia gaza inaestimabilis est.
ccchhhaaammmppp
SuperHelper
*****
Offline Offline

Posts: 783


物理が 楽しいです  Physics is fun


WWW
« Reply #3 on: December 02, 2005, 08:17:28 PM »

..
It is clear that the integrals of the cross terms vanish.
..
เพราะว่าพออินติเกรตจะออกมาเป็นกำลัง2แล้วพอใส่ลิมิตแล้วมันจะลบกันหมดใช่หรือเปล่าครับ
« Last Edit: December 02, 2005, 08:20:49 PM by ccchhhaaammmppp » Logged

สาธิตจุฬาCUD42  ,  37-38th IPhO  ,  08' Monbusho Scholar  ,  CUIntania91  ,  UCE17/19/21
เกียรติศักดิ์
Administrator
neutrino
*****
Offline Offline

Posts: 296


:)


WWW
« Reply #4 on: December 02, 2005, 09:02:22 PM »

ถูกต้องครับ Wink

สังเกตว่าไม่ว่าจะเลือก orientation ของแกน X, Y, Z แบบไหน อินทิกรัลเหล่านี้ก็ยังหายไปอยู่ดีด้วยครับ
Logged

Scientia gaza inaestimabilis est.
เกียรติศักดิ์
Administrator
neutrino
*****
Offline Offline

Posts: 296


:)


WWW
« Reply #5 on: December 06, 2005, 09:35:12 PM »

Some interesting remark from Marion/Thornton's.

Quote
In this regard, the cube is similar to a sphere as far as the inertia tensor is concerned (i.e., for an origin at the center of mass, the structure of the inertia tensor elements is not sufficiently detailed to discriminate between a cube and a sphere).
-- Thornton, Stephen T., Marion, Jerry B. Classical Dynamics of Particles and Systems, p. 432.
Logged

Scientia gaza inaestimabilis est.
Pages: 1   Go Up
Print
Jump to:  

คุณสมบัติของเด็กดี

ไม่ฟังเวลามีการนินทากัน ไม่มองหาข้อด้อยของผู้อื่น ไม่พูดนินทาเหยีบบย่ำผู้อื่น