24. Координаты центра тяжести плоской фигуры. Центр тяжести треугольника, сектора круга
Путем аналогичных рассуждений легко найти, что если тело представляет собой однородную плоскую и тонкую пластину, то для нее
,
,
(2)
где
- площадь всей пластины;
-площади ее частей. Точку, координаты
которой определяются формулами (2),
называют центром
тяжести площади
.
1
.
Центр тяжести
площади треугольника.
Разобьем площадь треугольника ABD прямыми, параллельными стороне AD, на n узких полосок; центры тяжести этих полосок будут лежать на медиане BE треугольника. Следовательно, и центр тяжести всего треугольника лежит на этой медиане. Аналогичный результат получается для двух других медиан. Отсюда заключаем, что центр тяжести площади треугольника лежит в точке пересечения его медиан.
.
Для прямоугольного треугольника центр тяжести лежит на пересечении отрезков, откладываемых от прямого угла на расстояние 1/3 длины соответствующего катета.
2
.
Центр тяжести
площади кругового сектора. Рассмотрим
круговой сектор ОАВ
радиуса R
с центральным углом
.
Разобьем мысленно площадь сектора ОАВ
радиусами, проведенными из центра О, на
n
секторов. В пределе, при неограниченном
увеличении числа n,
эти секторы можно рассматривать как
плоские треугольники, центры тяжести
которых лежат на дуге DE
радиуса
.
Следовательно, центр тяжести сектора
ОАВ совпадает с центром тяжести дуги
DE,
т.е. центр
тяжести площади кругового сектора лежит
на его оси симметрии на расстоянии от
центра О, равном
.
25. Координаты центра тяжести линии. Центр тяжести дуги окружности
Формулы для координат центра тяжести линии имеют вид:
,
,
,
где
- длина всей линии;
- длины ее частей.
Центр тяжести
дуги окружности.
Рассмотрим дугу
радиуса
с центральным углом
.
В силу симметрии центр тяжести этой
дуги лежит на оси Ох.
Найдем координату
.
Для этого выделим на дуге АВ элемент
ММ' длиной
,
положение которого определяется углом
.
Координата х элемента ММ' будет
.
Подставляя эти значения х и
в первую из формул:
,
где L
— длина дуги АВ,
равная
.
Отсюда окончательно находим, что центр
тяжести дуги окружности лежит на ее оси
симметрии на расстоянии от центра О,
равном
,
где угол измеряется в радианах.
26. Методы нахождения центра тяжести твёрдых тел. Статический момент площади плоской фигуры относительно оси.
1. Симметрия. Если однородное тело имеет плоскость, ось или центр симметрии, то его центр тяжести лежит соответственно или в плоскости симметрии, или на оси симметрии, или в центре симметрии.
2. Разбиение. Если тело можно разбить на конечное число таких частей, для каждой из которых положение центра тяжести известно, то координаты центра тяжести всего тела можно непосредственно вычислить по формулам:
,
,
.
3
.
Дополнение.
Этот способ является частным случаем
способа разбиения. Он применяется к
телам, имеющим вырезы, если центры
тяжести тела без выреза и вырезанной
части известные.
,
.
Существуют также различные экспериментальные методы определения центра тяжести тел.
Статический моментом площади плоской фигуры относительно оси называется сумма произведений элементарных площадей, входящих в состав плоской фигуры, на алгебраические значения их расстояний до данной оси.
В формулах координат центра тяжести плоской фигуры
,
-
статический момент относительно оси
Oy.
-
статический момент относительно оси
Ox.
Из этих же формул
,
.
Измеряется статический момент площади плоской фигуры относительно оси в см³.