Derivación del tensor de inercia

Estoy tratando de entender el tensor de inercia de los cuerpos rígidos, pero no entiendo muy bien cómo se deriva. Esto es lo que probé:

Considere un cuerpo rígido formado por norte masas puntuales sobre las que actúan fuerzas tales que el centro de masa no se mueve (el cuerpo solo gira). Dejar ( b j ) j = 1 norte R 3 ser las posiciones de las masas puntuales en algún momento y ( metro j ) j = 1 norte R + sus masas. Entonces la posición X j : R R 3 del j -ésima masa puntual está dada por X j ( t ) = B ( t ) b j para algunos B : R t B ( t ) S O ( 3 ) . El momento angular es

L ( t ) = j = 1 norte metro j X j ( t ) × X j ˙ ( t ) = j = 1 norte metro j X j ( t ) × ( ω ( t ) × X j ( t ) ) = j = 1 norte metro j ( | | b j | | 2 ω ( t ) ω ( t )   ,   B ( t ) b j B ( t ) b j ) .
Según tengo entendido el tensor de inercia I R 3 × 3 satisface L ( t ) = I ω ( t ) . Puedo ver que para fijo t R el mapa ω ( t ) L ( ω ( t ) ) es lineal, pero ¿por qué es I independiente de B ? La expresión para L contiene B ( t ) aún. El tensor de inercia de un cuerpo debe ser el mismo independientemente de cómo gire.

Respuestas (2)

El tensor de inercia de un cuerpo cambiará con la rotación. La forma más fácil de rotar una barra es sobre su eje, y si giro la barra de lado, lo mismo ocurrirá a lo largo del nuevo eje.

Aquí hay una derivación del tensor de inercia:

http://farside.ph.utexas.edu/teaching/336k/Newtonhtml/node64.html

Eche un vistazo a la integral para el componente. I X y ,

I X y = X y d metro

si giro X y y y X , I X y se cambia a I X y , lo que indica que el tensor de inercia cambia con la rotación.

Entonces, ¿cómo puede L = I ω ¿sostener?
En general, solo se mantiene instantáneamente, pero un ejemplo de lo contrario es cuando ω resulta ser un vector propio de I , y ese vector propio no cambia con la rotación: entonces, puede mantenerse con el mismo I a medida que el objeto gira. Volviendo al ejemplo de la barra, rotar la barra sobre su eje no cambia su tensor de inercia.
Si el cuerpo gira transformas la inercia con la matriz de rotación R . I R T ( φ ) I R ( φ )
@DisplayName Bien, ahora lo entiendo. Entonces la ecuación correcta sería L ( t ) = I ( t ) ω ( t ) .

Tu momento angular L ( t ) todavía se representa en el marco de coordenadas no giratorio. Si transformas las coordenadas de L ( t ) al marco giratorio usando la transformación lineal B ( t ) T , eso es,

B ( t ) T L ( t ) = L ( t ) r o t
se obtiene un tensor de inercia constante teniendo ω ( t ) transformar a B ( t ) T ω ( t ) = ω ( t ) r o t . Necesitas jugar con el producto interno y el operador adjunto para tener el producto interno en términos de ω ( t ) r o t y b j .