走進重心

孫林源

重心是重力的作用點。物體重心的位置一定在它的幾何中心嗎？當(dāng)物體的形狀或質(zhì)量分布發(fā)生變化時，物體重心的位置也會發(fā)生變化嗎？如何確定物體重心的位置？物體重心的位置與其穩(wěn)度之間有什么樣的關(guān)系？下面讓我們一起來揭秘重心。

重心的含義

地面附近的物體由于受到地球的吸引而受到的力叫重力，重力的方向是豎直向下的。不論物體的形狀和質(zhì)量分布如何，其每一部分都受到地球的重力作用：但對于整個物體，重力作用的表現(xiàn)就好像它作用在某一個點上。這個點就叫作物體的重心，因此，從效果上來看，重心實質(zhì)上是物體各部分所受重力的等效作用點。

重心位置的確定

物體重心的位置與物體的形狀和質(zhì)量分布有關(guān)。因此，確定物體重心的位置需要結(jié)合物體的具體條件來判斷。

1.形狀規(guī)則、質(zhì)量分布均勻的物體

形狀規(guī)則、質(zhì)量分布均勻的物體，它的重心在它的幾何中心上。例如，方形薄板的重心在其兩條對角線的交點，勻質(zhì)球體的重心在球心。粗細均勻的直棒的重心在它的中點。

物體的重心一定在物體上嗎？不一定！圖1所示物體的重心就不在物體上。

2.形狀不規(guī)則、質(zhì)量分布不均勻的物體

形狀不規(guī)則、質(zhì)量分布不均勻的物體，其重心的位置不僅與物體的形狀有關(guān)，還與物體內(nèi)質(zhì)量的分布有關(guān)。對于薄板形物體，常常采用懸掛法確定物體重心的位置，具體方法如圖2所示：（1）先在A點把薄板懸掛起來；（2）當(dāng)薄板物體靜止時，過A點在薄板上畫一豎直直線AB；（3）再在D點把物體懸掛起來；（4）當(dāng)薄板物體再次靜止時，過D點在薄板上畫一豎直直線DE；（5）AB和DE的交點C就是薄板重心的位置。

確定這類物體重心的位置除了用懸掛法。還常常用支撐法，即用兩個或三個支點將物體支撐起來，然后逐漸縮短各個支點間的距離，并使物體保持靜止，當(dāng)各個支點重合時。重心就在過該支點的豎直線上。

重心的應(yīng)用

穩(wěn)度就是物體的穩(wěn)定程度，穩(wěn)度越大，物體就越不容易翻倒，一塊磚豎放和側(cè)放時沒有平放時穩(wěn)定，這說明增大物體的支撐面和降低它的重心，都有助于提高物體的穩(wěn)度。

重心位置在工程上有相當(dāng)重要的意義。重心高的物體容易翻倒，降低重心可以提高物體的穩(wěn)度。例如，起重機在工作時，重心位置不合適，就容易翻倒：高速旋轉(zhuǎn)的輪子，若重心不在轉(zhuǎn)軸上。就會引起劇烈振動，因此，在不倒翁底部添加重物、沖浪者彎著腰、貨車裝貨時把重的貨物放在車廂底部、在船底放“壓艙石”等，這些方法都是通過降低重心來提高物體穩(wěn)度的。