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质点系各质点重力mig的冲量和,显然等于质点系重力mg的冲量.这也可表述成:各质点重力mig的冲量和,等于质点系重力mg作用于重心G处的冲量.
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质点系各质点重力mig作功之和,等于质点系重力mg作用于重心G处所作的功.简证如下:
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质点系各质点相对同一势能零值水平面的重力势能mighi之和,等于质点系重力mg作用于重心G处对应的重力势能mghG.简证如下:
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质点系各质点重力mig相对任何一参考点O的力矩之和,等于质点系重力mg作用于重心G处相对O点的力矩.简证如下:
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上述结论表明,质点系各质点所受重力在为质点系提供冲量、作功、提供重力势能以及提供力矩诸方面,都可等效为将各重力集中于重心处为质点系提供的相应贡献.据此,可以说重心是质点系重力分布中心.
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质量分别为M1,m2的两个质点相距l,如图4-14所示,则重心位于两者连线上,与m1,m2分别相距
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图 4-14
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质量均匀分布,几何结构具有强对称性的物体,重心位于其几何中心.例如:匀质细杆的重心在中点上;匀质平行四边形板的重心在对角线交点上;匀质三角板的重心位于三条中线交点上;匀质圆环、圆板的重心位于圆心上;匀质球壳、球体的重心位于球心上……
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质点系的重心G与第5章将要述及的质心C——质量分布中心,虽然概念上不同,但位置相同,故有关G位置的进一步讨论,此处从略.
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●对称球的外引力分布中心
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密度ρ呈球对称分布的球体,即ρ=ρ(r)的球体简称为对称球.据(2.9)式,质量均匀分布的球壳,对球外质点P的万有引力等于球壳质量集中在球心处的质点对P的万有引力.将对称球如图4-15所示,分割成一系列无限薄的同心球壳,各个球壳对球外质点P的引力和便等于各个球壳质量都集中在球心处的质点对P的引力.将这假想的质点简称为球心质点,那么对称球对球外质点P的合引力等于球心质点对P的引力.结合牛顿第三定律,可得这样的结论:对称球各部位受球外质点的万有引力之和,等于球体质量集中于球心处的质点受球外质点的万有引力.
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图 4-15
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对称球各部位所受外引力提供的冲量和,显然等于球心质点所受外引力的冲量.
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对称球各部位所受外引力作功之和,可以证明(略),等于球心质点所受外引力作的功.于是可以理解,相对于公共的势能零点,对称球各部位在外引力作用下所具有的引力势能和,等于球心质点在外引力作用下所具有的引力势能.
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对称球各部位所受外引力相对任一参考点O的力矩之和,等于球心质点所受外引力相对O点的力矩(见本章例9).
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