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En physique, l'axe de rotation est une ligne droite, théorique ou réelle, autour de laquelle tourne une surface ou un volume.
Un axe de rotation possède une position et une orientation spatiale qui peuvent être ou non fixes.
Élément fondamental de l'analyse du mouvement de rotation, la position de l'axe de rotation permet notamment de déterminer la position angulaire, la vitesse tangentielle et le moment d'inertie d'une particule donnée.