(应用物理论文）重心的应用.doc

重心的应用 石 萍 201010800005 郑董董 201010800089 陈 凯 201010800093 钟永强 201010800120 冯官凤 201010800015 本小组讲述的课题是“重心的应用”。我们将从以下四个方面进行介绍：一、生活中的重心；二、体育中的重心；三、建筑中的重心；四、奇异平衡中的奥秘。 在介绍重心的应用之前，首先了解什么是重心。重心，是在重力场中，一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果上看，我们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。物体的重心，不一定在物体上。另外，重心可以指事情的中心或主要部分。 一、生活中的重心 我们常见的重心的第一个应用，是不倒翁。不倒翁——上半身为空心壳体，下半身为一个实心的半球体，底部为圆形。这些特点使它们都具有基本力学结构，都达到“不倒”的效果。为什么会不倒呢？ 分析不倒翁的受力情况。不倒翁在桌面上，受到两个外力的作用：一个是重力G；另一个是支持力N。根据物体的平衡条件，只要这两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上，不倒翁就能够保持平衡的状态。而不倒翁倾斜时受到两个力矩的作用，外力形成干扰力矩；另一个叫抵抗力矩，由自身的重力形成于外力的作用。不倒翁倾斜，半球体向一侧滚动，形成了新的支点，此时重力的作用线和原支点不在同一直线上，因而形成抵抗力矩。不倒翁要回复原来的位置。综上所述，这个原理的要点在于：使重力的作用线偏离支点，使重力对支点产生力矩，即抵抗力距。由于不倒翁倾斜的角度不断增大，重力作用线的偏移量随之增大，抵抗力矩也随之增大，最终实现和外力力矩的平衡，不倒翁抵抗外力干扰、保持平衡的能力就是这样形成的。 生活中有许多实物是利用平衡原理的。比如电风扇、台灯。平衡原理：通过增大底座的面积和重量，使得物体整体的重心下移，并且满足使重力的作用线永远通过支撑面，使其平衡。 目前有许多的新颖的实物，利用的就是重心的原理。比如倾斜着的音箱。除此之外利用内底部储水形成的低重心设计的不倒翁花盆。当花盆中的水不足时，花盆就会倾倒，提示该浇水了。 二、体育中的重心 体操运动员在表演平衡木时，如何使自身平衡？运动员就必须始终要使自己身体的重力作用线通过支撑面（身体的重心恰好落在平衡木上）。除此之外，跳高为什么采取背跃势。采用背跃的姿势，只是为了缩短身体重心最高点和横杆的距离，以增加过杆的高度H。而跨跃势则需要克服更大的重力势能。小时候玩的荡秋千时，人会越摆越高，能量从哪里来呢？在一端最高点时，迅速下蹲，重心下降，使有效摆长降低，，从最高点到最低点，利用机械能守恒，得 在最低点处，迅速上升，由角动量守恒，得 从最低点到达另一端的最高点时， 最后推得增大。 我们经常看的杂技表演，演员爬云梯时为什么不会反倒呢？头重脚轻是多么容易翻倒呀！可是，梯子尽管有一些摇摆，到底还是稳住了。这是为什么呢？ 在节目中，肩膀上顶梯子的演员，当梯子向前倾时，他的肩膀立即向前挺；当梯子向后倒时，他的肩膀也随即向后退。这样，使重力作用始终通过基底，梯子就倒不下来。那么梯子作短一些不是更安全吗？ 答案是否定的。在偏离平衡的距离相同的情况下,竹杆越高,从离开平衡位置到某一偏离位置需要的时间越长。尽管杠杆长,重心高对稳定性不利，但是它开始倾倒时的速度很慢,因而就有充分的时间来调整竹杆的平衡, 所以杠子越长反而越容易保持平衡.。由此可见,演员在梯顶时正是梯子重心位置最高、梯子倒得最慢的时候，顶梯子的演员有足够的时间来调整梯子的基底位置。所以，这个看上去好象是最紧张的场面实际上倒并非是最难表演的。 三、建筑中的重心 比萨尔斜塔为什么会不倒呢？这是因为整个斜塔的重心是落在它的支撑面范围内的，即通过重心的重力作用线一直经过塔的支撑面上，所以至今它还是巍然屹立不倒。埃及金字塔的整体建筑结构由底层向上延伸，逐渐依次递减，越到顶端，建筑规模及建筑重量越小，不会给建筑和地基带来过大的压力，从而形成超强的稳固地基，使整个金字塔结构的重心很低。、 四、奇异平衡的奥秘 最后的两幅图的教具为什么能不倒呢？对下图进行受力分析，将其看成一个系统，重力的作用线恰好落在支点支撑面内。餐桌上的刀叉也能成为一个教具，他们为什么能不倒呢？ 其构思来源于平衡鹰。其特殊的造型，使得鹰的翅膀质量占整体质量的绝大部分。前摆的鹰翅恰好使得整个重心前移到鹰嘴处。只在竖直方向上收到力的作用。 总结：重心在生活中的作用：1、给运动提供能量2、维持物体的稳定性。