任何一种物体都有重心,当我们分析某个物体受到重力的作用时,可以认为各部分受到的重力作用集中于一点,这一点叫做物体的重心。控制重心在建筑设计、运动姿势、船舶及飞行器设计中都有很重要的意义。理解重心这一概念时,可以用二次悬挂法找到(甚至“摸到”)物体的重心。当一个物体是规则形状物体(例如三角形、四边形)、且质量均匀时,该物体的重心位于其几何中心,这时我们就很容易判断其重心的位置。
三角形的重心位于角平分线交点,长方形重心位于对角线交点。当物体形状不规则或质量不均匀时,可以用“二次悬挂法”测出其重心,具体操作如下:步骤1,用细线连接物体的某一点,悬挂物体,沿着细线在物体上确定一条直线;步骤2,用细线连接物体的另一点,悬挂物体,沿着细线在物体上确定另一条直线;步骤3,确定两条直线的交点,即重心。
“二次悬挂法”用到了二力平衡的原理,如图5是第一次悬挂时的受力图,物体悬挂稳定后,拉力F1与重力G1大小相等,方向相反,根据重心的定义可以知道此时重心一定在重力作用线G1上;同理,当我们换一种方式悬挂的时候,重心也在F2,G2的这条线上,如图4、图6;而两条相交的直线只能确定一个点,所以图4两条虚线的交点O正是我们所要找的物体的重心。二次悬挂法的原理并不复杂,不过实操起来还要费些心思。
看视频之前,不妨在脑海中构思一下,如果要自己来做,要准备哪些材料、设计怎样的流程?如何检验重心定位是否准确?AI 友情提示:你注意到这些小细节了吗?
1. 二次悬挂只须在纸板上打2个孔,但是为了保持结构对称,我们在纸板上打了6个孔; 2. 挂纸板时,细线并没有打结——在图钉上多绕几圈,强大的静摩擦力足以把体系固定住; 3. 为了改变重心,我们用两个同型号的磁子作为配重,对称放置以保证重心仍处于纸板的平面内,又用胶带进行固定,避免磁子滑动导致重心改变。