金枝藻屬

[拼音]:zhixin

[外文]:centre of mass

也稱質量中心。是表徵質點系質量分佈的一個幾何點。質點系中各質點的質量對該點的矩之和為零。

若質心C 和質點系中任一質點Pi對座標原點的矢徑分別為

r

C和

r

i,則質心C的矢徑決定於公式

式中

為質點系的總質量;mi為質點Pi的質量;

稱為質點系的質量對於座標原點O的靜矩。它們描述了質點系中質量分佈。

質心 C的位置決定於質點系的質量以及質點系的質量分佈,而同作用於質點繫上的力系無關。

當物體具有連續分佈的質量時,質心C由積分公式決定

式中ρ為密度, 它可以是體密度、面密度或線密度;dτ為相當於 ρ的體元、面元或線元;積分在具有分佈密度ρ 的整個物質體、物質面或物質線上進行。質心具有許多重要的力學性質,質心的概念在質點系動力學,特別在剛體動力學中具有特別重要的應用。

若令質心C的速度和加速度分別為

v

C及

α

C,則由牛頓運動定律可得質心C的運動微分方程為

м

α

C=

F

式中

F

為作用在質點繫上的外力系的主向量,這就是質心運動定理。可見:

(1)質點系中各質點之間相互作用的力(內力)不能改變質心的運動狀態;

(2)如果質點系不受外力作用,即

F

=0,這時

v

C=常量,因此這時質點系的質心的運動和一個不受任何力作用的質點的運動一樣,恆作慣性運動。即它或者靜止或者作勻速直線運動,這就是質心運動守恆定律。質心運動的這些性質在實踐上具有重要的意義。例如,一個站在完全光滑水平面上的人,他要沿這樣的水平面行走是不可能的。如果他想沿水平面向前運動,他必須向後用力拋擲一個物體才行,他所希望得到的速度υ1可由方程式

來決定,式中m1和m2分別為人和他所丟擲物體的質量,υ2是丟擲物體的速度。因此,質點系的動量定理和質心運動定理是計算反衝運動的基礎。

一般說來,質點系的任何運動都可分解為速度等於質心速度的平動和相對於質心的運動。由牛頓運動定律和質心運動定理可得到:質點系相對於質心C的角動量

L

┡對時間的微商等於所有外力對質心 C的力矩

M

之和,即

d

L

┡/dt=

M

如果

M

=0,則

L

┡=

=常量,式中

是質點系在運動最初瞬時對於質心的角動量。這種形式的角動量守恆定律有許多實際應用,特別是對於只受重力作用的質點系。質點系對於某一靜止座標系的動能T等於質量中心C的動能和質點系相對於隨質心 C作平動的參照系運動的動能之和,即

式中

是質點系中任一質點P相對於隨質心 C作平動的參照系運動的速度。