物体的转动惯量.ppt

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物体的转动惯量

类似可得: 对 x 轴的转动惯量 对 y 轴的转动惯量 对原点的转动惯量 高等数学 第四节 重积分的应用 一 立体体积 二 曲面的面积 三 物体的质心 四 物体的转动惯量 五 物体的引力 重积分在几何中有许多应用,可以计算一些平面区域的 的面积、曲面面积、空间区域的体积 (一) 平面区域的面积 计算如图平面区域D的面积S(D) 1:定积分法 2:二重积分法 若区域D是Y型区域方法一样 一 几何应用 (二) 空间区域的体积 1 若空间区域?为曲顶柱体: 2 一般的空间有界域 ? 顶为连续函数 底为 则由二重积分的几何意义可由二重积分计算体积V(?) 若用二积分重积分计算空间区域的体积一定 要找准顶和底 注 所围立体的体积 V . 解:法一 例1. 由曲面 及 所围的立体?是 为顶 以XOY面上圆 围成的区域(记为D)为底的 以曲面 x z x 故 曲顶柱体, 解:法二 及 x x 在直角坐标系下 在柱坐标系下 所围立体的体积 V . 解:法一 例2 由曲面 及 采用球坐标计算 注: 若采用直角坐标系计算 解:法二 是以 为底以曲面 为顶的曲顶柱体 挖掉 以 为底以曲面 为顶的曲顶柱体。 为顶的曲顶柱体。 为底以 是以 为底以曲面 为顶的曲顶柱体 挖掉以 例3 求半径为a 的球面与半顶角为? 的 内接锥面所围成的立体的体积. 解: 在球坐标系下空间立体所占区域为 则立体体积为 任一点的切平面与曲面 所围立体的体积 V . 解: 曲面 的切平面方程为 它与曲面 的交线在 xoy 面上的投影为 (记所围域为D ) 在点 例4.求曲面 (三)曲面的面积 设光滑曲面 将区域 分成n块 则曲面分成n块小曲面 对 用其某点切平面小块 来近似, 光滑曲面 面积 可定义为 其中 光滑曲面 设 在XOY平面投影面积为 注意到 则 故 面积 类似地 则有 若光滑曲面方程为 设光滑曲面 面积 若光滑曲面方程为 则有 即 则 (1)若 曲面方程为 其中 是曲面在XOY面 上的投影区域。 故 确定的显式曲面 则 (2)若 曲面方程为 其中 是曲面在XOZ面 上的投影区域。 故 确定的显式曲面 则 (3)若 曲面方程为 其中 是曲面在YOZ面 上的投影区域。 故 确定的显式曲面 例5.计算双曲抛物面 被柱面 所截 解: 曲面在 xoy 面上投影为 则 出的面积 A . 例6.计算球 解 方法1. 球面对应两张显式曲面 的表面积: 显然由对称性球表面积 解 方法2. 令 则 设 则球表面积 例6.计算球 的表面积: 例7.计算球面 含在圆柱 内部的那一部分面积. x 分析 曲面对应两张显式曲面 例7. 计算球面 含在圆柱 内部的那一部分面积 解:利用对称性所求面积是 两倍, 其中 故 (一)物体的质心 设空间有n个质点, 其质量分别 由力学知, 该质点系的质心坐为 设物体占有空间域 ? , 有连续密度函数 则 质心公式 , 分别位于 为 即: 采用 “大化小, 常代变, 近似和, 取极限” 可导出其 二 物理应用 将 ? 分成 n 小块, 将第 k 块看作质量集中于点 例如, 令各小区域的最大直径 系的质心坐标就近似该物体的质心坐标. 的质点, 即得 此质点 在第 k 块上任取一点 同理可得 则得形心坐标: 若物体为占有xoy 面上区域 D 的平面薄片, (A为D 的面积) 得D 的形心坐标: 则它的质心坐标为 其面密度 — 对x轴的 静矩 — 对y轴的 静矩 例8. 求位于两圆 和 的质心. 解: 利用对称性可知 而 之间均匀薄片 例9. 一个炼钢炉为旋转体形, 剖面壁线 的方程为 内储有高为 h 的均质钢液, 解: 利用对称性可知质心在 z 轴上, 采用坐标轴投影法计算 自重, 求它的质心. 若炉 不计炉体的 故其坐标为 (二) 物体的转动惯量 设物体占有空间区域 ? , 有连续分布的密度函数 该物体位于(x , y , z) 处的微元 因此物体 对 z 轴 的转动惯量: 对 z 轴的转动惯量为 因质点系的转动惯量等于各质点的转动惯量之和, 故 连续体的转动惯量可用积分计算. 高等数学

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