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重心

重心,是在路掉国重力场中,物体处于任何方位时所有各组成支点的重力的合力都通过的那一点。规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。不规则物体的重心,可以用悬挂法来确定。物体的重心,不一定在物体上。

  • 中文名 重心
  • 外文名 centre of gravity
  • 应用学科 几何 力学

定义

  物体各部分所受重力之合力的作用离效香阻屋社余点。物体的每一微小部分都受地心引力作用(见万有引力),这些引力可近似地看成为相交于地心的汇交力系。由于物体的尺寸远小于地球半径,来自所以可近似地把作用在一般物体上的引力视为平行力系,物体的总重量就是这些引力的合力。

  如果物体的体积和形状都不变,则无论物体对地面处于什么方向,其所受重力总是通过固定在物体上的坐标系的一个确定点,即重心。重心不一定在物体上,例如圆环的重心就不在圆环上,而在它的对称中心上。

  重心位置在工程上有重要意义。例如,起重机要正常工360百科作,其重心位置应满足一定条件,的派械联路船舰船的浮升稳定性也与重心的位置有关;高速旋转机械,若其重心不在轴线上,就会引起剧烈的振动等。

位置确定

  物体的重心位置,质量均匀分布的物体(均开四况愿标匀物体),重心的位置只跟物体的形状有关。有规则形状的物体,它的重心就在几何中心上,例如,均匀细直棒的中心在棒的中点,均匀球体的重心在球心,均匀圆柱的重心在轴线的中点。不规则物体的重心,可以用悬挂法来确定.物体的立冲地福顶考别变乙重心,不一定在物体上。

  质量分布不均匀的物体,他东入球称重心的位置除跟物体的形状有关外,还跟物体内质量的分布有关。载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化,起重发试已将财布机的重心随着提升物体的重量和高度而变化。

  过重心的一条直线或切面进困洋两把物体或图形分成两份,则两份的体积或面积不一定相等。(不是所有过重心的直线或切面都平分物体或图形的面积或体积,例如过正三角形重心且平行一边的一条直线把三角形分成面积比为4:5的两部分。关于这一点,可以用物理学的杠杆原理解释:分成的两块图形的重心分别到三更供冲轻属族茶角形重心的距离相当于杠杆的两个力臂,而两图形的面积相当于杠杆的两个力。因为重心相当于两个图形的面积"集中"成的一点(参考重心定义)。如以上的例子,分割成的两个图形复西位重心分别到三角形重心的距离正好等于5:4。如有兴趣,可用尺规作图证明。)

  物体重心位置的数学确定方法:

  在某物体(总质量为M)所在空间任取一确定的空间直角坐标系O-xyz,则该物体可微元出i个质点,每个质点对应各自坐标(xi,y评元数带功周征胶活治i,zi)及质量mi,

  已知M=m1+m2+‥+mi,设该物体重心为G(X,Y,Z)

  则X=(x1m1+x2m2+‥+ximi)/M

  Y=(y1m1+y2m2+‥+yimi)/M

  Z=(z1m1+z2m2+‥+zimi)/M

几何来自方法

  三角形重心

  重心是三角形三边中线的交360百科点,三线交一点可用省房缩委客额画武儿工燕尾定理证明。

  已知:△AB子买常缺问货天赵滑益C中,D为BC中氧调便谓点,E为AC中点,AD与BE交于O,CO延长线交AB于F。求证:F为AB中点。

  证明:根据燕尾定理,S(△AOB)=S(△AOC),又S(△AOB)=S(△BOC),∴S(△AOC)=S(△BOC),再应用燕尾定理即得AF=BF,命题得证。

  重心的几条性质:

  1.重心到顶点的距离与重心到对边中点的便距离之比为2:1。

  2.重心和三角形3个顶点组成的3个三角形面积相等。

  3.重收富低菜损带护心到三角形3个顶点距离的平方和最小。

  4.在平面直角坐标系中,重心的坐标是顶点坐标的算术平均,即其坐标为((X1+X2+X3)/3,(Y1+Y2+Y3)/3);空沿耐频间直角坐标系--横坐标:(X1+X2+X3)/3之看吃层纵坐标:(Y1+Y2+Y3)/3 竖坐标:(Z1+Z2+Z3)/3

  5.重从米鲜设做委清心是三角形内到三边由夜聚黄够院更银距离之积最大的点。

  6.(莱布尼兹公式)三角形ABC的重心为G,点P为其内部任意一点,则

  3PG^2=(AP^2+BP^2+CP^2)-1/3(AB^2+BC^2+CA^2)

  7.在三角形ABC中,过重心G的直线交AB、AC所在直线分别于P、Q,则 AB/AP+AC/AQ=3

  8.从三角形ABC的三个顶点分别向以他们的对边为直径的圆作切线,所得的6个切点为Pi,则Pi均在以重心G为圆心,r=1/18(AB^2+BC^2+CA^2)为半径的圆周上

  如果用塞瓦定理证,则极易证三条中线交于一点。

维击少源胶端  如图,在△ABC中,AD、BE、CF是中线

  则AF=FB,BD=DC,CE=EA

  ∵(AF/FB)*(BD/DC)*(CE/EA)=1

  ∴AD、BE、CF交于一点

  即三角形的三条中线交于一

  其它图形重心

  注:下面的几何体都是临全鸡历问作均匀的,线段指细棒,平面图形指薄板。

  三角形的重心就是三边中线的交点。线段的重心就是线段的中点。

  平行四边形的重心就是其两条对角益城温世卫象唱翻城线的交点,也是两对对边中点连线的交点。

  平行六面体的重心就是其四条代止弦孙皮陈蒸剧图读原对角线的交点,也是察字利进旧沉六对对棱中点连线的交点,也是四对对面重心连线的交点。

  圆的重心就是圆心,球的重心就是球心。

  锥体危程运真史某消土的重心是顶点与底面重心连线的四等分点上最接近底面的一个。

  四面体的重心同时也是每个定点与对面重心连线的交点,也是每条棱与对棱中点确定平面的交点。

寻找重心方法

  下面是一些寻找形状不规则或质量不均匀物体重心的方法。

  a.悬挂法

  只适用于薄板(不一定均匀)。首先找一根细绳,在物体上找一点,用绳悬挂,划出物体静止后的重力线,同理再找一点悬挂,两条重力线的交点就是物体重心。

  b.支撑法

  只适用于细棒(不一定均匀)。用一个支点支撑物体,不断变化位置,越稳定的位置,越接述验击明担议技近重心。

  一种可能的变通方式是用两个支点支撑,然后施加较小的力使两个支点靠近,因为离重心近的支点头负摩擦力会大,所以物体会随之移动,使另一个支点更接近重心,如此可以找到重心的近似位置。

  c.针顶法 同样只适用于薄板。用一根细针顶住板子的下面,当板子能够保持平衡,那么针顶的位置接近重心。

  与支撑法同理,可用3根细针互相接近的方法,找到重心位置的范围,不过这就没有支撑法的变通方式那样方便了。

  d.用铅垂线找重心(任意一图形,质地均匀)

  用绳子找其一端点悬挂,后用铅垂线挂在此端点上(描下来)。而后用同样的方法作另一条线。两线交点即其重心。

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