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重心和质量在同一点上吗?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-12-30 11:08:57

不。但是差别非常小。对于在地面上,甚至在空中飞行的大多数实际目的来说,这种差异是无关紧要的。但这种差异对宇宙飞船来说非常重要。

考虑下面这个非常简单的宇宙飞船。这两个球完全一样。它们的质量是一样的。连接它们的直线没有质量。

重心和质量在同一点上吗

质心正好在这条线的中点:

重心和质量在同一点上吗

小宝马标志是质量中心的标准标志。

现在假设这个宇宙飞船在地球轨道上运行。它倾斜是有原因的。质量较低的天体离地球更近。如你所知,重力随着距离行星中心的距离减小为1/ r2, R是到行星中心的距离。这意味着下面的质量比上面的质量重。它们的质量相同,但重量不同。差别很小,但还是有区别的。让我在下面的草图中过分夸大这种差异,将它们的重量作为拉向地球的矢量(没有显示出来):

重心和质量在同一点上吗

想象这两个重物在跷跷板上。你要把枢轴放在哪里来平衡它们?

重心和质量在同一点上吗

蓝色小三角形表示权重的平衡点。那个位置就是重心。它从质心被拉到一边因为两个相同的物体有不同的重量。它们各自感受到的重力略有不同。记住,我在这里夸大了效果。

因为左边的重物更重,跷跷板就会朝地面摆动。就像这样:

重心和质量在同一点上吗

这正是我们的宇宙飞船在太空中发生的事情。这种扰动力矩称为重力梯度力矩。有一个重力梯度(重力在底部更强,向顶部减小)。重力的梯度增加了接近底部的质量,减少了接近顶部的质量。根据航天器的方向,这可能会产生一个扭矩,非常缓慢地加速航天器围绕其质心旋转。我说的是角加速度。虽然这种影响很小,但空间中所有其他扰动力矩也都很小。过了一段时间,效果逐渐增强。我们在设计航天器的姿态控制系统时必须考虑到这一点。

所以,在宇宙飞船的生意中,理解质心和重心之间的细微差别是非常重要的(或者应该叫重量中心)。
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