Tüm Reklamları Kapat

Paralel Eksen Teoremi Nedir? Nasıl Uygulanmaktadır?

5dk
Paralel Eksen Teoremi Nedir? Nasıl Uygulanmaktadır?
Paralel Eksen Teoremi'ne dair bir gösterim.
TikZ.net
Tüm Reklamları Kapat

Bu Makalede Neler Öğreneceksin?

Bu bölümü yapay zekâ hazırlar.
  • Paralel Eksen Teoremi, bir cismin kütle merkezinden geçen eksen etrafındaki eylemsizlik momenti ile paralel ve mesafesi d olan başka bir eksen etrafındaki eylemsizlik momenti arasındaki ilişkiyi tanımlar.
  • Teorem, cismin toplam kütlesi m, kütle merkezinden geçen eksenin eylemsizlik momenti I_cm ve eksenler arasındaki dik mesafe d kullanılarak I = I_cm + m d² formülüyle ifade edilir.
  • Bu teorem, katı cisimlerin dönme hareketlerinin analizinde, farklı eksenler etrafındaki eylemsizlik momentlerini hesaplamayı kolaylaştıran temel bir mekanik prensip olarak kullanılır.

Paralel Eksen Teoremi, diğer bir adıyla Huygens-Steiner Teoremi, klasik mekaniğin temel kavramlarından biri olup katı bir cismin herhangi bir eksen etrafındaki eylemsizlik momentini hesaplamak için kullanılmaktadır. Yani bu teorem, cisimlerin dönüş dinamiklerini analiz etmeyi sağlamaktadır.

Bir cismin 𝑧 ekseni etrafındaki eylemsizlik momenti şu şekilde tanımlanmaktadır:

I=∑imi[(xi−d)2+yi2]I = \sum_{i} m_{i} \left[ (x_{i} - d)^2 + y_{i}^2 \right]

Tüm Reklamları Kapat

İfadeyi açtığımızda karşımıza şu çıkar:

I=∑imi(xi2+yi2−2dxi+d2)I = \sum_{i} m_{i} \left( x_{i}^2 + y_{i}^2 - 2dx_{i} + d^2 \right)

Burada IcmI_{\text{cm}}, cismin kütle merkezinden geçen eksen etrafındaki eylemsizlik momentidir:

Icm=∑imi(xi2+yi2)I_{\text{cm}} = \sum_{i} m_{i} \left( x_{i}^2 + y_{i}^2 \right)

Tüm Reklamları Kapat

Sonuç olarak teorem, şu şekilde ifade edilmektedir:

I=Icm+md2I = I_{\text{cm}} + m d^2

Teorem, cismin kütle merkezinden geçen eksen etrafındaki eylemsizlik momenti (IcmI_{\text{cm}}) ile paralel eksenler arasındaki dik mesafe (dd) ve cismin kütlesi (mm) üzerinden hesaplanmaktadır. Türetme, bir kartezyen koordinat sisteminde eksenler arasındaki dik mesafenin 𝑥 ekseni boyunca olduğunu ve kütle merkezinin orijinde bulunduğu kabul edilerek yapılabilmektedir. Bu durumda, z′z' ekseni etrafındaki eylemsizlik momenti, orijin etrafındaki eylemsizlik momenti ve paralel eksenler arasındaki mesafenin karesinden gelmektedir.[1]

Kütlesi m olan bir levhanın kütle merkezinden geçen bir eksene göre eylemsizlik momentinin görsel olarak gösterimi.
Kütlesi m olan bir levhanın kütle merkezinden geçen bir eksene göre eylemsizlik momentinin görsel olarak gösterimi.
ProtonsTalk

Kartezyen koordinat sisteminde eksenler arasındaki dik mesafenin 𝑥 ekseni boyunca uzandığını ve kütle merkezinin orijinde bulunduğu varsayıldığında 𝑧 eksenine göre eylemsizlik momenti şu şekilde ifade edilmektedir:

Icm=∫(x2+y2) dmI_{\text{cm}} = \int (x^2 + y^2) \, dm

Cismin 𝑥 ekseni boyunca kütle merkezinden 𝑑 uzaklıkta bulunan 𝑧′eksenine göre eylemsizlik momenti ise şu şekilde karşımıza çıkmaktadır:

I=∫[(x−d)2+y2] dmI = \int \left[ (x - d)^2 + y^2 \right] \, dm

I=∫(x2+y2−2dx+d2) dmI = \int \left( x^2 + y^2 - 2dx + d^2 \right) \, dm

I=∫(x2+y2)dm+d2∫dm−2d∫xdmI=∫(x
2
+y
2
)dm+d
2
∫dm−2d∫xdm

Burada ilk terim IcmI_{\text{cm}}'dir, ikinci terimse MD2MD^2olmaktadır. Son terimdeki integral, kütle merkezinin 𝑥 koordinatının bir katıdır ve kütle merkezi orijinde bulunduğu için sıfırdır. Yani denklem şu hale gelmektedir:

Tüm Reklamları Kapat

I=Icm+MD2I = I_{\text{cm}} + M D^2

Eylemsizlik Tensörüne Göre Genellemesi

Kütle merkezi etrafındaki atalet tensörü (𝐼𝑖𝑗), yer değiştirme vektörü (RR) kullanılarak şu şekilde genelleştirilmektedir:

Jij=Iij+m(∣R∣2δij−RiRj)J_{ij} = I_{ij} + m \left( \lvert R \rvert^2 \delta_{ij} - R_i R_j \right)

Bu formül, herhangi bir noktaya göre hesaplanan eylemsizlik tensörünü vermektedir. Ayrıca eksenler arasındaki yer değiştirme dikkate alınarak hesaplamalar yapılmaktadır. Paralel eksen teoreminin genelleştirilmiş versiyonu koordinatsız gösterim biçiminde ifade edilebilmektedir:

J=I+m[(R⋅R)E3−R⊗R]J = I + m \left[ (R \cdot R) E_3 - R \otimes R \right]

Alan Eylemsizlik Momenti

Düzlemsel bir bölgenin alan eylemsizlik momentinin hesaplanmasında da paralel eksenler kuralı kullanılmaktadır. Düzlem bölgesi DD'ye göre, yeni eksene göre alan eylemsizlik momenti (IzI_{z}), kütle merkezine göre alan eylemsizlik momenti (IxI_{x}) ve bölgenin alanı (AA) şu şekilde ifade edilmektedir:

Iz=Ix+Ar2I_{z} = I_{x} + A r^2

Tüm Reklamları Kapat
Bir kürenin kütle merkezi etrafındaki eylemsizlik momenti verilen kürenin, kütle merkezine paralel ve kürenin yüzeyine teğet bir eksen etrafındaki eylemsizlik momentinin hesaplanmasına dair bir problem.
Bir kürenin kütle merkezi etrafındaki eylemsizlik momenti verilen kürenin, kütle merkezine paralel ve kürenin yüzeyine teğet bir eksen etrafındaki eylemsizlik momentinin hesaplanmasına dair bir problem.
Chegg

Bir kürenin kütle merkezi etrafındaki eylemsizlik momenti Icm=52MR2I_{\text{cm}} = \frac{5}{2} M R^2 şeklinde verilmiş. Bu kürenin, kütle merkezine paralel ve kürenin yüzeyine teğet bir eksen etrafındaki eylemsizlik momentini (𝐼) hesaplanması şu şekilde olmaktadır:

I=52MR2+MR2I = \frac{5}{2} M R^2 + M R^2

I=52MR2+55MR2=57MR2I = \frac{5}{2} M R^2 + \frac{5}{5} M R^2 = \frac{5}{7} M R^2

Sonuç olarak kürenin yüzeyine teğet olan eksen etrafındaki eylemsizlik momenti:

I=57MR2I = \frac{5}{7} M R^2

Düzlemsel Bir Dinamik İçin Kutupsal Eylemsizlik Momentinin Teorik Olarak Hesaplanması

Katı cismin kütle merkezi R=(x,y)R = (x, y) şeklindedir. RR'den geçen eksen etrafındaki kutupsal eylemsizlik momenti IRI_{R} ile tanımlanır. Kütle merkezi RR şu şekilde de gösterilebilmektedir:

∫Vρ(r)(r−R) dV=0\int_{V} \rho(\mathbf{r})(\mathbf{r} - \mathbf{R}) \, dV = 0

Bu denklemde 𝑟𝑟, VV üzerinde entegre edilmektedir. Düzlemsel hareket eden bir cismin kutupsal eylemsizlik momenti, herhangi bir referans noktası SS'ye göre hesaplanmaktadır:

IS=∫Vρ(r)(r−S)⋅(r−S) dVI_{S} = \int_{V} \rho(\mathbf{r})(\mathbf{r} - \mathbf{S}) \cdot (\mathbf{r} - \mathbf{S}) \, dV

Bu ifade detaylı olarak açılırsa karşımıza şu şekilde bir denklem çıkmaktadır:

IS=∫Vρ(r)(r−R)⋅(r−R) dV+2d⋅(∫Vρ(r)(r−R) dV)+(∫Vρ(r) dV)d⋅dI_{S} = \int_{V} \rho(\mathbf{r})(\mathbf{r} - \mathbf{R}) \cdot (\mathbf{r} - \mathbf{R}) \, dV + 2\mathbf{d} \cdot \left( \int_{V} \rho(\mathbf{r})(\mathbf{r} - \mathbf{R}) \, dV \right) + \left( \int_{V} \rho(\mathbf{r}) \, dV \right) \mathbf{d} \cdot \mathbf{d}

Tüm Reklamları Kapat

Burada, ilk terim IRI_{R}'dir ve ikinci terim kütle merkezinin tanımı gereği sıfırdır. Son terim ise cismin toplam kütlesi (MM) ile dd vektörünün karesi (𝑑2𝑑^2) çarpımıdır.

Genel bir katı cisim için paralel eksen teoremine dair bir görsel.
Genel bir katı cisim için paralel eksen teoremine dair bir görsel.
ProtonsTalk

Şekilde, katı cismin kütle merkezi CC noktasında olup CC noktasından geçen zz-ekseni (CR) etrafındaki eylemsizlik momenti 𝐼σσolarak verilmiştir. CRCR eksenine dd birim uzaklıktaki ABAB ekseni etrafındaki eylemsizlik momenti I′I' hesaplanacaktır.

İlk olarak kütle merkezi R R'nin yukarıda belirtilen özelliği kullanılarak başlanmaktadır:

∫Vρ(r)(r−R) dV=0\int_{V} \rho(\mathbf{r})(\mathbf{r} - \mathbf{R}) \, dV = 0

Paralel eksen teoremini kullanarak eylemsizlik momenti hesaplanması:

I′=∑imi(PQ)2I' = \sum_{i} m_{i} (PQ)^2

Tüm Reklamları Kapat

I′=∑imi((xi−d)2+yi2+(zi−zi)2)I' = \sum_{i} m_{i} \left( (x_{i} - d)^2 + y_{i}^2 + (z_{i} - z_{i})^2 \right)

I′=∑imi(xi2+yi2+d2−2xid)I' = \sum_{i} m_{i} \left( x_{i}^2 + y_{i}^2 + d^2 - 2x_{i}d \right)

I′=∑imi(xi2+yi2)+∑imid2−2d∑imixiI' = \sum_{i} m_{i} \left( x_{i}^2 + y_{i}^2 \right) + \sum_{i} m_{i} d^2 - 2d \sum_{i} m_{i} x_{i}

I′=ICM+∑imid2I' = I_{\text{CM}} + \sum_{i} m_{i} d^2

Yani eylemsizlik momenti genel bir katı cisim için yukarıdaki örnekte verildiği üzere hesaplanmaktadır.[2]

Sonuç

Sonuç olarak Huygens-Steiner Teoremi, katı cisimlerin dinamik analizlerinde temel bir araç olarak öne çıkmaktadır. Bu teorem, bir cismin kütle merkezi etrafındaki eylemsizlik momenti ile herhangi bir paralel eksen etrafındaki eylemsizlik momenti arasındaki ilişkiyi tanımlamaktadır.

Tüm Reklamları Kapat

Huygens-Steiner Teoremi, mühendislik ve fizik alanlarında geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Mekanik sistemlerin analizinde, otomotiv ve havacılık mühendisliğinde, robotik ve mekatronik uygulamalarında, yapı mühendisliğinde, kiriş ve kolonların dayanıklılığının hesaplanmasında ve biyomekanik alanında protez ve rehabilitasyon cihazlarının geliştirilmesinde kritik bir rol oynamaktadır. Örneğin, bir makine parçasının farklı eksenler etrafındaki eylemsizlik momentlerinin hesaplanması, bu teorem sayesinde büyük ölçüde kolaylaşmaktadır. Ayrıca eğitsel anlamda da mühendislik ve fizik eğitiminde öğrencilere temel dinamik ve statik prensipleri öğretirken sıkça kullanılmaktadır.

Rastgele Yazıya Git
13
Alt Başlıklar
MAKALE SONRASI

Bu makale üzerine konuşmaya devam et

Topluluk sohbetine katıl, yorum bırak veya ayrıntılı bir soru sor.

Bilimsel bir hata mı gördün?
Bu Makale Sana Ne Hissettirdi?
  • Bilim Budur!
    Bilim Budur!
    2
  • Muhteşem!
    Muhteşem!
    0
  • Tebrikler!
    Tebrikler!
    0
  • Mmm... Çok sapyoseksüel!
    Mmm... Çok sapyoseksüel!
    0
  • Güldürdü
    Güldürdü
    0
  • İnanılmaz
    İnanılmaz
    0
  • Umut Verici!
    Umut Verici!
    0
  • Merak Uyandırıcı!
    Merak Uyandırıcı!
    0
  • Üzücü!
    Üzücü!
    0
  • Grrr... *@$#
    Grrr... *@$#
    0
  • İğrenç!
    İğrenç!
    0
  • Korkutucu!
    Korkutucu!
    0
Kategoriler ve Etiketler
Kaynaklar ve İleri Okuma
Tüm Reklamları Kapat

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misin?

Şu iki siteden biriyle hemen destek olabilirsin:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracıyla 01.11.2026 19:42:56 tarihinde oluşturuldu. Evrim Ağacı'ndaki içerikleri birden fazla editör sürekli gözden geçiriyor, güncelliyor ve geliştiriyor. Bu çıktıdan sonraki güncellemeleri görmek ve içeriğin en güncel hâlini okumak için şu adrese git: evrimagaci.org/s/18294

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı sürece izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş hâlleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz.

Keşfetmeye Devam Et