质心

目录导航

性质

质心不一定要在有重力场的系统中才会有意义,而重心则否。值得注意的是,除非重力场是均匀的,否则同一物质系统的质心与重心通常不在同一假想点上。对于密度均匀、形状对称分布的物体,其质心位于其几何中心处。

在两质点系统中,取质心为原点,两质点连线为x轴,则两质点坐标与质量有如下关系:

例子

双星互绕时它们的质心位置:

两颗星体质量差不多,例如休神星。

两颗星体质量不同,例如冥王星与冥卫一。

两颗星体质量有很大的不同,例如地球与月球。

两颗星体质量有极大的不同,例如太阳与地球。

两颗星体以椭圆轨道互绕,此状况通常称为联星。

重心

两颗星体质量差不多,例如休神星。

两颗星体质量不同,例如冥王星与冥卫一。

两颗星体质量有很大的不同,例如地球与月球。

两颗星体质量有极大的不同,例如太阳与地球。

两颗星体以椭圆轨道互绕,此状况通常称为联星。

均匀重力场

重力作用的平均位置,定义为各质点相对于重心(质心)的位置矢量乘上各质点的重力之和(合力矩)为零。

非均匀重力场

在地球表面附近,重力场可被认定为均匀且平行向下,所以重心会等同于质心。在物理学,使用“质心”来表示质量分布的好处,从以合力来考虑连续体的重力可以看出。考虑一个体积为V的体系(不一定是刚体),并设在物体内位置矢量为r的点的密度为ρ(r)。在均匀的重力场中,每个点r的场的作用力f由下式给出:

其中dm是在点r的质量,g 是重力加速度,以及k 是定义垂直方向的单位矢量。在这个体系中选择位置矢量为R的点为参考点,计算出点r所受的合力:

以及点r相对点R合力矩:

如果这个参考点R正好选在质心,则有

这就意味着合力矩T=0。因为其合力矩为零,可以视为体系所有的质量集中于质心,而没有体系自身转动的效应。

相关百科
返回顶部
产品求购 求购