重心是重力的重要特性

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1、重心是重力的重要特性　　　重力是一种场力，相对弹力和摩擦力这两种接触力来说，它的作用规律较简单。学生对重力的分析一般感到较易，但并不是都没有问题。如在解物体平衡一类问题及跟重心概念相关的其他问题（如求摩擦力）时，常会出现一些不容轻视的错误和疑难。产生错难的最根本原因在于对重心概念缺乏正确深刻实质性的理解，因而没有掌握重力的作用规律和分析的方法。其中的原因，又跟学生对引入重心概念所根据的力的性质及所采用的等效替换抽象思维方法不甚理解有关。　　本文意在围绕重心概念，提出若干在重力问题教学中应着重阐明并要求学生理解掌握的基本问题和基本规律方法。一、关于重心

2、的概念　　物体由许多微小部分组成，这许多部分受到地球的引力，可视为垂向地面的一组同向平行力。这组分散的同向平行力共同作用的总效果，就整体看，与集中作用于某一点相当，这一点称为物体的重心。集中作用于重心上的一个等效力，自然就等于整个物体的全部重力��各微小部分重力的总和，这个总和称为合力。因此，重心就是物体各部分所受重力的合力的作用点。可见，重心的位置是根据重力的总效果去“想象”出来而确定的。　　重心并非一个集中的真实力的作用点。它只是对物体重力作等效处理所得到的一个特殊点。重力本来是一组空间分布力，但根据力的性质，可以把这一组分布力代换为

3、产生同样效果的一个集中力。这个集中的总重力只是对各个分散的微重力作等效的抽象，这个集中力的作用点（重心），也只是对物体重力作用位置的等效抽象。实际上，并没有一个大小等于物体全重的真实力作用在重心上。　　要进一步指出的是，重心和质点是两个不同的概念：首先是它们的内涵不同：重心是重力作用的集中点；而质点是代表物体的质量的集中点。其次是建立这两概念的抽象思维方法也根本不同：重心是从等效变换角度去考虑问题，等效方法的基本思想是从不同形态的事物具有相同的本质效果上把它们等价看待。以简单的形态去代替复杂的形态，从而得到便于计算有关物理量的最简形态；而质点是从理想

4、化的角度去考虑问题，理想化方法的基本思想是分清主次，突出跟研究的问题相关的起决定作用的主要因素，忽略次要因素，构造出能清晰反映现象的本质特征的物理简图，从而得到便于研究其运动规律的简化的理想模型。　　另一方面，这两种思维方法虽是对不同的物理事实作不同质的抽象，它们却有一个共同点：它们都是对研究对象（物理事实和客体）在一定的条件和目的下进行科学抽象的产物。抽象的目的都是为了简化所研究的实际对象，使复杂问题简单化，以便简捷地抓住物理现象和过程的本质，运用最基本最普遍最简单的规律（法则）去研究复杂的问题。例如，电路的等效变换，是对电路的一种抽象，目的是简化

5、电路，以便运用欧姆定律进行有关的计算。这种抽象不仅是一种有效的计算技术，而且是物理学中从现象到本质，形成概念，探索规律常用的重要的理论研究方法。　　另外，重心和质心也是不同的概念。重心是重力的作用点，而质心是刚体的质量分布中心；当物体远离地球，不受重力作用时，重心失去了存在的意义，而此时刚体的质心仍存在。　　然而，这两概念也有联系，在一般情况下（物体不太大，物体内各点的重力方向平行），刚体的重心和质心是重合的。但当物体特别大（如一座大山，其上各点的重力方向不能视为平行）时，刚体的重心和质心就不重合了。二、引入重心概念的必要性和合理性　　抽象出重心的概

6、念之后，就可用一个通过重心的力来代替分布在整个物体上的力。在受力分析时，当把整个物体的重力看成集中作用于重心上之后，物体上的其它各点就应看成是没有重力的了。这时物体的原体就只是一个徒有其形的空壳子，它只起到架起空间力学结构的支撑作用。这样就大大简化了对物体重力的分析和对物体平衡或运动问题的计算。也便于人们从整体上把握和控制物体的平衡或运动状态及状态变化的趋势。这就是引入重心概念的必要性和优越性所在。　　重心概念的提出，既是简化所研究问题的需要，也是合理的，符合客观实际的，因此，具有现实意义。其合理性可从这样的实验事实得以证明：在下面图1的两种情况中，

7、在物体的重心处加上一个与物体重力相等的向上支持力，就可使物体处于平衡。三、重心的基本特性重力的宏观作用规律　　1．重心的基本特性：重心的位置只与物体的形状和物体内部质量的分布情况有关，与周围环境无关。只要物体的形状及内部质量分布不变，无论它被怎样放置和处于何种运动状态，物体重心的位置总是固定不变的。即刚体的重心是一个定点。但一旦物体的形状或质量组成发生变化，其重心位置也随之变化。这是重心的一个重要的基本特性。例如，图1中，一均匀直杆AB，其重心位置在中点O处；若将OB段对折，则整体的重心将转移到OA段的某定点O＇处。　　又如，人体总重心的位置是随着身

8、体各部分位置的变动而变化的。因此，它不是一个固定点。　　注意：初学者易错误认为；①物体的重力不变，重心位置就