図に示すような,質量 M で密度の一様な二等辺三角形(底辺 a ,高さ b )の薄板について,頂点と質量中心を通る回転軸のまわりの慣性モーメント I を求めよ.
解答
I= Ma2 24
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解説
二等辺三角形の薄板の面密度を σ とすると,この薄板の面積は S=ab/2 なので
σ= 2Mab
である.図のように,この薄板を x 軸方向に微小幅 dx の細長い長方形に分割する. x 軸方向の位置 x での微小幅 dx の長方形の長さは b−2ba|x| なので,この長方形の微小面積 dS は
dS = ( b−2ba|x| ) ⋅dx
である.よって,この部分の微小質量が
dm=σ⋅dS = 2Mab ( b−2ba|x| ) dx = 2Ma2 ( a−2|x| ) dx
となる.この長方形の回転半径は x であるので,回転軸周りの微小慣性モーメントは
dI= |x|2dm = 2Ma2 x2 ( a−2|x| ) dx
と表せる.したがって,求める慣性モーメントは
I= ∫D dI = 2Ma2 ∫−a/2a/2 x2 ( a−2|x| ) dx = 4Ma2 ∫0a/2 x2 (a−2x) dx = 4Ma2 [ 13ax3 −12x4 ] 0a/2 =Ma22 (13−14) =Ma224
となる.
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最終更新日:2025年9月16日