Tres barras, cada una de masa M y longitud L, se unen para formar un triángulo equilátero. ¿Cuál es el momento de inercia de un sistema sobre un Eje que pasa a través de su centro de masa y perpendicular al plano del triángulo?

Tres barras, cada una de masa M y longitud L, se unen para formar un triángulo equilátero. ¿Cuál es el momento de inercia de un sistema sobre un Eje que pasa a través de su centro de masa y perpendicular al plano del triángulo?
Anonim

Responder:

# 1/2 ML ^ 2 #

Explicación:

El momento de inercia de una barra sobre un eje que pasa por su centro y perpendicular a ella es

# 1/12 ML ^ 2 #

La de cada lado del triángulo equilátero sobre un eje que pasa a través del centro del triángulo y perpendicular a su plano es

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

(por el teorema del eje paralelo).

El momento de inercia del triángulo sobre este eje es entonces.

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

Suponiendo que las varillas sean delgadas, la posición del centro de masa de cada varilla está en el centro de la varilla. Cuando las barras forman un triángulo equilátero, el centro de masa del sistema estará en el centroide del triángulo.

Dejar #re# Ser distancia del centroide desde cualquiera de los lados.

# d / (L / 2) = tan30 #

# => d = L / 2tan30 #

# => d = L / (2sqrt3) # …..(1)

El momento de inercia de una barra sobre un eje que pasa a través del centroide perpendicular al plano del triángulo utilizando un eje paralelo a la misma es

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

Hay tres barras colocadas de manera similar, por lo tanto, el momento total de inercia de tres barras sería

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

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

El segundo término que usa (1) es

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

# => 3Md ^ 2 = 1 / 4ML ^ 2 # …..(3)

Como momento de inercia de una vara sobre su centro de masa es

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

El primer término en (2) se convierte en

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

Usando (3) y (4), la ecuación (2) se convierte en

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