轉動運動與角動量

平行軸定理(parallel-axis theorem)

一個物體的轉動慣量取決於它繞哪根軸轉,所以原則上你得為每一根可能的軸重新計算——這相當繁瑣。平行軸定理正是拯救你的捷徑:一旦你知道繞通過物體質心之軸的轉動慣量,就能用一次快速的加法求出繞任何平行軸的轉動慣量。

精確地說,定理指出 I = I_cm + M d^2,其中 I_cm 是繞通過質心之平行軸的轉動慣量,M 是總質量,d 是兩軸間的距離。用話說,把軸從質心移開總會增大轉動慣量,增量等於把整個質量當成集中在距離 d 外那樣算。通過質心的軸總給出最小的 I。

這是處理不繞其中心旋轉之真實物體的日常工具——鉸鏈上的門、從一端擺動的桿、擺臂上的擺錘。這正是你設定物理擺(複擺)的方式,讓你不必每次軸一移動就從頭重新推導轉動慣量。

一根均勻桿繞其中心的 I_cm = 1/12 M L^2。若繞一端擺動,軸移動了 d = L/2,所以 I = 1/12 M L^2 + M (L/2)^2 = 1/12 M L^2 + 1/4 M L^2 = 1/3 M L^2。

把軸移到桿的一端,使轉動慣量增為四倍,從 1/12 增至 1/3 M L^2。

兩軸必須平行,且 I_cm 必須對通過質心的那根軸來取;若用其他參考軸當 I_cm,定理就會給出錯誤答案。

又称
Steiner's theoremI = I_cm + M d^2平行軸定律