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Hier soll das Massenträgheitsmoment berechnet werden. Wie kommt man hier auf die Integrationsgrenzen. Kann mir das mal Jemand an diesem Beispiel genau beschreiben???

Wie erstelle ich die Grenzen für das Mehrfachintegral des Massenträgheitsmoments

 

Die Bohrung hat einen Durchmesser von 2a !!!

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Welches Massenträgheitsmoment genau?

Das des weissen Anteils: Zylinder mit 'Gupf', oder
des schwarzen Anteils: Ring.
Das Massenträgheitsmoment der Kugel soll berechnet werden!
Zunächst mal sollte man Definieren welches die Drehachse ist, für die du das Trägheitsmoment berechnen willst. Nur mal angenommen die Drehachse sei z.

Es gilt:

a^2 + z^2 = R^2
z^2 = R^2 - a^2
z = ± √(R^2 - a^2)

Das sind deine Grenzen über du jetzt integrieren solltest. Jetzt kannst du dir das so vorstellen, das es lauter kleine Kreisscheiben sind die übereinander liegen und von denen du jedes einzelne Drehmoment berechnen kannst. Dabei brauchst du aus Symmetriegründen nur von 0 bis z Integrieren.
Aber das ist doch ein 3-fach Integral, da habe ich doch dann 6 Grenzen?
@Sascha_X: Musst du das den wirklich als Mehrfachintegral rechnen? Man sollte doch die Symmetrie irgendwie ausnützen können.
Wenn mich nicht alles täuscht langt da ein einfaches Integral mit 2 Grenzen aus. von 0 bis z wie ich das geschrieben habe. Aber wie gesagt müsste zuerst definiert werden wo überhaupt die Drehachse liegt. Kann ja auch sein das ich das zu einfach mache wenn die Drehachse z ist.

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Zur Vorwarnung, ich selbst bin bloss angehender ElektroIngenieur und kein Mathematiker, nimm also folglich nicht alles gleich für bare Münze.

Auch wenn die Aufgabenstellung einige Fragen offen lässt, lässt sich erahnen dass wohl die Bohrung hohl ist und die beiden Deckel entfallen, also lediglich die schwarz eingefärbten Gebiete massebehaftet sind.

Da die Bohrung zylindrisch ist würde ich Zylinderkoordinaten vorschlagen da mit Winkeln rechnen meist mühsamer wird.

zuerst bestimmen wir die Grenzen für z da wir ja z-einfach integrieren wollen, z läuft ja laut Abbildung von dem Kreise an, wo die Bohrung kleiner wird als der Kugeldurchmesser, bis hin zum zweiten Berühr"kreis"

da wir die beiden Gleichungen kennen: x^2 + y^2 + z^2 = R^2 // Achtung R ist Kugelradius und als konstant zu betrachten

und x^2 + y^2= a^2 können wir die beiden Grenzen durch Gleichsetzen erörtern, welche sich dann zu

z= +- sqrt(R^2-a^2) ergeben,

innen bleibt der Radius konstant a

Aussen variiert der Radius, wiederum kennen wir aber die beiden Gleichungen x^2 + y^2 + z^2 = R^2 und

x^2 + y^2 = r^2 // hier ist r eine Variable

wir wissen also wiederum durch gleichsetzen r=+- sqrt(R^2-z^2)

Da nun aber negative Radien physikalischer Mumpitz sind nehmen wir nur das positive Resultat

Unsere Grenzen ergeben sich nun, in angenehmer und übersichtlicher, jedoch mathematisch nicht korrekter Schreibweise, zu:

[0,2*pi] * [a,sqrt(R^2-z^2)] * [-sqrt(R^2-a^2),sqrt(R^2-a^2)]

Nichstdestoweniger ziemlich hässliche Grenzen, Viel Spass beim rechnen.
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