Чтобы сравнить моменты инерции тел различной формы относительно оси, проходящей через их центр масс, давайте рассмотрим формулы для моментов инерции каждого из этих тел. Учитывая, что массы и внешние радиусы тел одинаковы, мы можем сосредоточиться на форме тел, чтобы понять, как она влияет на момент инерции.
- Шар: Момент инерции для полного шара относительно оси, проходящей через его центр масс, выражается формулой: I = 2/5 * M * R^2, где M — масса шара, а R — его радиус.
- Сфера (полая): Момент инерции для полой сферы (сферической оболочки) относительно оси, проходящей через её центр масс, выражается формулой: I = 2/3 * M * R^2.
- Диск: Момент инерции для тонкого диска относительно оси, проходящей через его центр масс и перпендикулярной плоскости диска, выражается формулой: I = 1/2 * M * R^2.
- Кольцо: Момент инерции для кольца относительно оси, проходящей через его центр масс и перпендикулярной плоскости кольца, выражается формулой: I = M * R^2.
Теперь, когда мы знаем формулы, можем сравнить моменты инерции:
- I шара > I сферы: Это утверждение неверно, так как I сферы = 2/3 * M * R^2, а I шара = 2/5 * M * R^2. Поскольку 2/3 больше, чем 2/5, момент инерции сферы больше, чем у шара.
- I диска > I кольца: Это утверждение неверно, так как I кольца = M * R^2, а I диска = 1/2 * M * R^2. Поскольку M * R^2 больше, чем 1/2 * M * R^2, момент инерции кольца больше, чем у диска.
- I кольца > I шара: Это утверждение верно, так как I кольца = M * R^2, а I шара = 2/5 * M * R^2. Поскольку M * R^2 больше, чем 2/5 * M * R^2, момент инерции кольца больше, чем у шара.
- I шара > I кольца: Это утверждение неверно, как объяснено выше.
Таким образом, правильное утверждение: I кольца > I шара.