Координаты центра масс
Координаты центра масс показывают, в какой точке можно мысленно сосредоточить всю массу системы тел при описании её поступательного движения. Они находятся как средние координаты тел, взвешенные по их массам.
Формулы
Для системы из нескольких тел координата центра масс по каждой оси равна сумме произведений масс на соответствующие координаты, делённой на общую массу системы:
Если тела расположены на одной прямой, достаточно использовать одну координату. Для двух тел удобно записать \(x_{\text{цм}}=\frac{m_1x_1+m_2x_2}{m_1+m_2}\). Чем больше масса тела, тем ближе к нему находится центр масс. В однородном симметричном теле центр масс совпадает с центром симметрии; подробнее само понятие раскрыто на странице центра масс.
Два тела массами \(2\,\text{кг}\) и \(6\,\text{кг}\) находятся на оси \(x\) в точках \(x_1=0\,\text{м}\) и \(x_2=4\,\text{м}\). Тогда \(x_{\text{цм}}=\frac{2\cdot0+6\cdot4}{2+6}=3\,\text{м}\). Центр масс расположен ближе к более тяжёлому телу.
Центр масс не обязательно совпадает с геометрическим центром тела. Геометрический центр определяется формой и размерами, а центр масс — распределением массы. Также координата центра масс — это не среднее арифметическое координат, если массы тел различны.
Два тела одинаковой массы находятся в точках \(x_1=2\,\text{м}\) и \(x_2=8\,\text{м}\). Чему равна координата центра масс?
Главное
- Координата центра масс — среднее координат тел с учётом их масс.
- Используйте формулу \(x_{\text{цм}}=\frac{\sum m_ix_i}{\sum m_i}\) отдельно для каждой координатной оси.
- Центр масс смещён в сторону тела с большей массой.