Bonsoir,
quelqu'un pourrait-il m'aider à démontrer le moment d'inertie d'une boule:
J= (2/5)m.r².
?!
merci d'avance.
waf
Attention, ta relation n'est juste que si la boule est pleine et homogène et que le moment d'inertie est par rapport à un axe correspondant à un diamètre de la boule.
Soit l'origine O du repère au centre de la boule :
Soit l'élément de volume dV de masse élémentaire dm de la sphère compris entre les cylindres de rayons z et z+dz et limité par la sphère.
dV = Pi.((z+dz)²-z²)*V(x²+y²)
dV = Pi.((z+dz)²-z²)*V(R²-z²)
dV = Pi.(z²+(dz)² + 2z.dz-z²)*V(R²-z²)
dV = Pi.((dz)² + 2z.dz)*V(R²-z²)
(dz)² est un infiniment petit du second ordre et donc:
dV = 2.Pi.z.V(R²-z²) dz
dm = Rho.dV = 2.Pi.Rho.z.V(R²-z²) dz
J = S(de -R à R) 2.Pi.Rho.z.V(R²-z²) dz * z²
J = 4.Pi.Rho S(de 0 à R) .z³.V(R²-z²) dz
avec m = (4/3).Pi.R³.Rho -->
J = (3m/R³) . S(de 0 à R) .z³.V(R²-z²) dz
---
S z³.V(R²-z²) dz
Poser z = R.cos(t)
dz = -R.sin(t) dt
S z³.V(R²-z²) dz = S R³. cos³(t).R.sin(t)*(-R).sin(t) dt
= -R^5 . S cos³(t)sin²(t) dt
poser sin(t) = u
cos(t) dt = du
S z³.V(R²-z²) dz = -R^5. S (1-u²).u² du = -R^5 . (u³/3 - u^5/5)
z = 0 --> t = Pi/2 --> u = 1
z = R --> t = 0 --> u = 0
S(de 0 à R) z³.V(R²-z²) dz = -R^5 . [u³/3 - u^5/5] (de 1à0)
S(de 0 à R) z³.V(R²-z²) dz = -R^5*(-1/3 + 1/5) = (2/15).R^5
---
J = (3m/R³) * (2/15).R^5
J = (2/5).m.R²
-----
Sauf distraction ou erreur.
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