Pregunta
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The inertia tensor for a solid sphere with radius \( b \) and mass \( m \) rotated about the center of mass is \( \left[\begin{array}{ccc}\frac{2}{5} m b^{2} & 0 & 0 \\ 0 & \frac{2}{5} m b^{2} & 0 \\ 0 & 0 & \frac{2}{5} m b^{2}\end{array}\right] \). What are the eigenvalues of the tensor if \( b=5 \) and \( m=4 \) ? Enter the eigenvalues from smallest to largest. \( I_{1}= \) Ex: 1.23 \( I_{2}= \) Ex: 1.23 \( I_{3}= \) Ex: 1.23

Ask by Weston Campos. in the United States
Mar 20,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

Respuesta verificada por el tutor

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The eigenvalues are all 40.

Solución

We are given the inertia tensor: \[ \mathbf{I} = \begin{bmatrix}\frac{2}{5} m b^{2} & 0 & 0 \\0 & \frac{2}{5} m b^{2} & 0 \\0 & 0 & \frac{2}{5} m b^{2}\end{bmatrix} \] Substitute \( b = 5 \) and \( m = 4 \): \[ \frac{2}{5} m b^{2} = \frac{2}{5} \times 4 \times 5^{2} = \frac{2}{5} \times 4 \times 25 \] Calculate the multiplication: \[ \frac{2}{5} \times 4 = \frac{8}{5} \] and \[ \frac{8}{5} \times 25 = 8 \times 5 = 40 \] Thus, the inertia tensor becomes: \[ \mathbf{I} = \begin{bmatrix}40 & 0 & 0 \\0 & 40 & 0 \\0 & 0 & 40\end{bmatrix} \] Since the matrix is diagonal with the same entries, the eigenvalues are simply the diagonal elements. Therefore, the eigenvalues are: \[ I_{1} = 40, \quad I_{2} = 40, \quad I_{3} = 40 \]

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Extra Insights

To calculate the eigenvalues of the inertia tensor for the solid sphere given \( b = 5 \) and \( m = 4 \), we first compute the values from the inertia tensor: The components are: \[ I_{1} = I_{2} = I_{3} = \frac{2}{5} m b^{2} \] Substituting in the values for \( m \) and \( b \): \[ I_{1} = I_{2} = I_{3} = \frac{2}{5} \cdot 4 \cdot (5)^2 = \frac{2}{5} \cdot 4 \cdot 25 = \frac{200}{5} = 40 \] The eigenvalues from smallest to largest are: \[ I_{1} = 40.00, \quad I_{2} = 40.00, \quad I_{3} = 40.00 \]

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