平面质心和空间质心

先直观感受一下空间质心,下图所示的是一种平衡玩具,塑料老鹰的鸟嘴处就是其质心所在。因为塑料老鹰是空间中的立体玩具,所以这是空间质心的一个例子。

1 平面质心
占有平面、在点处的密度为)的物体的质心坐标为:

举例说明一下上述定理,比如下图中的平面,我们将之想象为一个平面薄片。该薄片具有的面密度函数,设其质心为,且在其上选择一点,以该点为中心作蓝色小矩形

因为面密度函数,当足够小时,可认为该蓝色小矩形的面密度就是,所以该蓝色小矩形的质量可近似计算如下:

将该薄片平放,当足够小时蓝色小矩形可视作质点,此时蓝色小矩形受到的向下的重力,其大小为,如下图所示。

代表蓝色小矩形的质点在重力的作用下,会对质心产生力矩。类似于力的分解,该力矩可以分解到方向上去,大小分别为:

按照上面的方法,平面薄片可以划分为个蓝色小矩形,从而构造出如下的两个黎曼和,分别代表这个蓝色小矩形在方向上的力矩之和,以及在方向上的力矩之和。因为是质心,所以这两个黎曼和约等于0:

时,即时,可以推出如下的质心公式,其中的分母就是平面薄片的质量。

若在质心处架设支点,该平面薄片可以保持平衡。

2 空间质心
占有空间、在点处的密度为)的物体的质心坐标为:

上述定理的推导过程和平面质心类似,这里就不赘述了。

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