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輸入計算

數學公式

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結果

迴轉半徑(k)
5
長度單位
I /(m 或 A) 25

什麼是迴轉半徑?

迴轉半徑通常以 \(k\)(或 \(r\))表示,代表將物體的全部質量(或面積)集中在距旋轉軸或彎曲軸某一距離處時,仍能維持相同慣性矩的那個距離。它簡潔地描述了質量或面積相對於某一軸的分布情形,是動力學、結構工程以及柱體挫屈分析中的基礎概念。

分布質量被收攏成距軸 k 處薄環的梁之橫截面
迴轉半徑 k 是與軸的距離,全部質量集中在該處時可產生相同的轉動慣量。

計算公式

在動力學(質量)問題中,迴轉半徑為 $$k = \sqrt{\dfrac{\text{質量慣性矩 } I}{\text{質量 } m}}$$其中 \(I\) 為質量慣性矩,\(m\) 為質量。在結構(面積)問題中,則為 $$k = \sqrt{\dfrac{\text{截面慣性矩 } I}{\text{截面積 } A}}$$其中 \(I\) 為截面慣性矩(面積二次矩),\(A\) 為截面積。兩者的數學形式完全相同,差別只在於輸入值所代表的物理意義。

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以平方根公式將 k、I 和 m 連結起來的直角三角形
圖解 \(k = \sqrt{I/m}\):迴轉半徑是轉動慣量除以質量的平方根。

如何使用本計算器

先選擇你要以質量為基準還是面積為基準,接著輸入慣性矩 \(I\),再輸入質量 \(m\) 或面積 \(A\)。計算器會回傳 \(k\) 值,並附上中間比值 \(I/(m \text{ 或 } A)\)。請特別注意單位要一致:若 \(I\) 以 kg·m² 計、\(m\) 以 kg 計,則 \(k\) 的單位為公尺;若 \(I\) 以 mm⁴ 計、\(A\) 以 mm² 計,則 \(k\) 的單位為毫米。

計算範例

假設某鋼構件的截面慣性矩 \(I = 1000 \text{ mm}^4\),截面積 \(A = 40 \text{ mm}^2\)。那麼 \(I/A = 25 \text{ mm}^2\),$$k = \sqrt{25} = 5 \text{ mm}$$因此這個截面的迴轉半徑為 5 mm。

常見問題

質量與面積的迴轉半徑算法一樣嗎?概念與公式都相同,只是輸入值不同(質量慣性矩 vs 截面慣性矩),因此單位也會跟著不同。

為什麼柱體挫屈分析要用到它?柱的細長比等於有效長度除以最小迴轉半徑,而細長比正是決定臨界挫屈載重的關鍵參數。

k 有可能比物體本身的尺寸還大嗎?不會。由於 \(k\) 是材料相對於軸的加權平均距離,它一定落在截面的實際範圍之內。

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