重心与质心
重心与质心是物理学中两个重要概念,由于它们只有一字之差,运用中很容易混淆。其实,“重心”和“质心”这两个概念有着不同的内涵和外延,是两个截然不同的力学概念。
首先看重心,任何物体都可以看作是由很多微粒所组成,每个微粒都受到竖直向下的重力的作用,由于地球很大,这些力可认为彼此平行。因此,又可以说任何一个物体都受到很多的平行力——物体的各微粒所受的重力的作用。所有这些重力的合力就等于整个物体的重力,它可以根据平行力的合成法则来求得。这些平行力的合力作用点就叫做物体的重心(如图1-18的C点)。
由此可见,重心必须依赖重力而存在。实际上,重心反映了重力“三要素”中的“作用点”要素,因此, 可以说重心是重力概念的一个派生概念。根据重心的定义,严格地讲,在地面上方的物体有重心的充分必要条件是作用在它各部分的重力的作用线是相互平行的。在地面上方的大物体不存在以上意义的重心[1]。可见,重心概念只对地球附近处受到地球引力的一切小物体有意义。另外,根据重心定义可以知道,重心是一个定点,与物体所在的位置和如何放置无关。均匀物体的重心只跟物体的形状有关,规则形状的均匀物体的重心就在它的几何中心。如均匀直棒的重心就在它的中点,均匀圆板的重心就在圆板的圆心,均匀球体的重心就在它的球心等等。几何上之所以把三角形的二条中线的交点称为重心,就是因为此交点实为物理上的重心位置。