第三章 空间力系-重心形心

1、第三章第三章 空间力系空间力系重力：重力：由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力。由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力。方向：方向：总是竖直向下。总是竖直向下。 引入：引入：3-5 物体的重心和形心物体的重心和形心第三章第三章 空间力系空间力系u 当我们用两轮手推车推重物时，只有重物的重心正好与车轮轴线在同一铅垂面内时，才能比较省力。u 起重机用起重物时，吊钩必须位于被吊物体重心的上方，才能使起吊过程中保持物体的平衡稳定。u 机械设备中高速旋转的构件，如电机转子、砂轮、飞轮等，都要求它的重心位于转动轴线上，否则就会使机器产生剧烈的振动，甚至引起破坏，造成事故。因此，重心与平衡稳定、安全生

2、产有着密切的关系。另一方面，有时也利用重心的偏移形成振源来制造振动大夯机、混凝土捣实机等，从而满足了生产上的需要。因此，重心应为有关工程技术人员所必备的知识之一。 返回目录下一页上一页第三章第三章 空间力系空间力系 重心和形心的概念重心和形心的概念重心重心 任何物体都可视为由许多微小部分所组成，每一微小部分上都任何物体都可视为由许多微小部分所组成，每一微小部分上都作用一个指向地球中心的力，这些引力原本应是一空间汇交力系，但作用一个指向地球中心的力，这些引力原本应是一空间汇交力系，但由于地球的半径比所研究物体的尺寸大得多，故可认为这些力为一空由于地球的半径比所研究物体的尺寸大得多，故可认为这些力

3、为一空间平行力系间平行力系( (如图如图) )。此力系的合力。此力系的合力G为物体的为物体的重力重力，并称重力的作用，并称重力的作用点点C为物体的为物体的重心重心。对刚体而言，物体的重心是一个不变的点对刚体而言，物体的重心是一个不变的点。形心形心 物体几何形状的中心点称为形心。物体几何形状的中心点称为形心。 均质规则的刚体均质规则的刚体, ,其重心和形心在同一点上其重心和形心在同一点上 第三章第三章 空间力系空间力系如图所示如图所示, ,设物体重力作用点的坐标为设物体重力作用点的坐标为G( (xc，yc，zc),), 得物体的重心坐标公式为得物体的重心坐标公式为iiiiCiG xG xxGGi

4、iiiCiG yG yyGGiiiiCiG zG zzGG1）重心坐标的一般计算公式）重心坐标的一般计算公式第三章第三章 空间力系空间力系对于均质物体，若用对于均质物体，若用表示其密度，表示其密度，V表示微体积，则得表示微体积，则得物体的重心坐标公式为物体的重心坐标公式为iiVCxdVxVxVViiVCydVyVyVViiVCzdVzVzVV2）物体均质时重心坐标的计算公式）物体均质时重心坐标的计算公式第三章第三章 空间力系空间力系;AxAxc3）物体均质薄板时重心坐标的计算公式（即平面图形）物体均质薄板时重心坐标的计算公式（即平面图形的形心）的形心）;AyAyc记记Sy=xiAi= xcA，

5、则，则Sy称为图形对称为图形对y轴的静矩轴的静矩 Sx=yiAi= yiAi= ycA，Sx称为图称为图形对形对x轴的静矩轴的静矩 若某轴通过图形的形心若某轴通过图形的形心, ,则图形对该轴的静矩则图形对该轴的静矩必为零；反之，若图形对某轴的静矩为零，必为零；反之，若图形对某轴的静矩为零，则该轴必通过图形的形心。则该轴必通过图形的形心。 结论结论 ：第三章第三章 空间力系空间力系 若均质物体有对称面，或对称轴，或对称中心，不难看出，若均质物体有对称面，或对称轴，或对称中心，不难看出，该物体的重心必相应地在这个对称面，或对称轴，或对称中该物体的重心必相应地在这个对称面，或对称轴，或对称中心上。心

6、上。简单形状均质物体的重心就是它的几何形状的形心。简单形状均质物体的重心就是它的几何形状的形心。二、重心的求法：二、重心的求法：1、简单几何形状物体的重心、简单几何形状物体的重心(对称法）对称法）第三章第三章 空间力系空间力系 如物体的形状复杂或质量分布不均匀，如物体的形状复杂或质量分布不均匀，其重心常由实验来确定。其重心常由实验来确定。 悬挂法悬挂法 对于形状复杂的薄平板，求对于形状复杂的薄平板，求形心位置时，可将板悬挂于任一点形心位置时，可将板悬挂于任一点A，根据，根据二力平衡公理，板的重力与绳的张力必在二力平衡公理，板的重力与绳的张力必在同一直线上，故形心一定在铅垂的挂绳延同一直线上，故

7、形心一定在铅垂的挂绳延长线长线AB上；重复施用上述方法，将板挂于上；重复施用上述方法，将板挂于D点，可得点，可得DE线。显而易见，平板的重心线。显而易见，平板的重心即为即为AB和和DE的交线的交线C。 ABABDEC2、实验法、实验法第三章第三章 空间力系空间力系称出物体的重量称出物体的重量G 固定物体，一端支于固固定物体，一端支于固定点定点A，另一端支于秤上，另一端支于秤上 量出两支点间的水平距离量出两支点间的水平距离l 读出磅秤上的读数读出磅秤上的读数FB lGFhBG称重法称重法第三章第三章 空间力系空间力系一般针对均质平板物体而言一般针对均质平板物体而言分割法：分割法： 若物体可以划分

8、为形状简单的几个部分，每个部分的面积若物体可以划分为形状简单的几个部分，每个部分的面积和重心位置都属已知，则整个物体的重心易于求得。和重心位置都属已知，则整个物体的重心易于求得。iiiCAxAxiiiCAyAy负面积法：负面积法：方法与分割法同，只是除去的面积看作负值。方法与分割法同，只是除去的面积看作负值。3、组合法：（分割法或负面积法）、组合法：（分割法或负面积法）第三章第三章 空间力系空间力系A1A2A3例例1: 已知：已知：Z 形截面，尺寸如图，形截面，尺寸如图，求：该截面的形心位置。求：该截面的形心位置。解解：(1)组合法组合法: 将该截面分割为三部分，将该截面分割为三部分， 取取O

9、xy直角坐标系，如图直角坐标系，如图2111cm0 . 3,cm5 . 4,cm5 . 1Ayx2222cm0 . 4,cm0 . 3,cm5 . 0Ayx2333cm0 . 3,cm5 . 0,cm5 . 1Ayxcm2 . 03435 . 135 . 04)5 . 1(3AxAxiiCcm7 . 23435 . 0334)5 . 4(3AyAyiiC第三章第三章 空间力系空间力系例例2 试求图示平面图形的形心位置试求图示平面图形的形心位置(单位：单位：mm)。 第三章第三章 空间力系空间力系解：该题可用两种方法求解解：该题可用两种方法求解 (1)(1)分割法分割法如图所示将该图形分解成两个

10、矩形如图所示将该图形分解成两个矩形I I和和IIII，它们的形心位置分别为它们的形心位置分别为C 1 1( (xl l，yl l) )、C2 2 ( (x2 2，y2 2) )。其面积分别为。其面积分别为A1 1和和A2 2。得。得x1=10mm ， y1=10mm ， A1=20 44=880mm2x2=20mm ， y2=8mm ， A2=16 40=640mm2则有：则有：1 1221214.21mmiiCix AAxA xxAAA11221225.37mmiiCiy AA yA yyAAA第三章第三章 空间力系空间力系(2)(2)负面积法负面积法 将该图形看成是一个大矩形将该图形看成是一个大矩形I I减去一个小矩减去一个小矩形形IIII。它们的形心位置分别为。它们的形心位置分别为C 1 1( (xl l，yl l) )、C2 2 ( (x2 2，y2 2) )。其面积分别为。其面积分别为A1 1