如图所示,在一个半径为R的均匀圆形薄金属片上挖去一个半径为的小圆孔,且圆孔跟圆板的边缘相切,求剩余部分的重心位置.

发布时间:2020-08-06 08:58:31

如图所示,在一个半径为R的均匀圆形薄金属片上挖去一个半径为的小圆孔,且圆孔跟圆板的边缘相切,求剩余部分的重心位置.

网友回答

解:(采用挖填转换法)
①假设剩余部分的重心还在O点不变,则必须在大圆上的对称位置再挖去一个与原来等大的小圆孔.
则剩下部分的重力为G′=πR2hρg-2π?()2hρg=πR2hρg
如答图甲(设金属片厚为h,密度为p).
②由于左边挖去了一个半径为的小圆孔,必须在它的对应位置(左边)填上一个半径为的小圆孔,
则它的重力为G2=π?()2hρg=πR2hρg,重心在O2上,且OO2=,如图乙,
设挖孔后的圆片的重心在O′点,经过上面的这一“挖”一“填”,再将①和②综合在一起,就等效于以O′为支点的杠杆.
如图丙,由杠杆的平衡条件得G2?O2O=G?OO′,即πR2hρg?(-OO′)=πR2hρg?OO′,解得OO′=.

解析分析:采用挖填转换法:设金属片厚为h,密度为ρ.
(1)、假设剩余部分的重心还在O点不变,则必须在大圆上的对称位置再挖去一个与原来等大的小圆孔,则剩下部分的重力为G′=πR2hρg-2π?()2hρg=πR2hρg
(2)、由于左边挖去了一个半径为的小圆孔,必须在它的对应位置(左边)填上一个半径为的小圆孔,则它的重力为G2=πR2hρg,重心在O2上,OO2=,设挖孔后的圆片的重心在O′点,经过上面的这一“挖”一“填”,再将1和2综合在一起,就等效于以O′为支点的杠杆,由杠杆的平衡条件知,G2?O2O=G?OO′,求得OO′的值即可.

点评:本题利用了采用挖填转换法,涉及到物理中的密度知识,杠杆平衡条件的知识,是一道跨学科的题.
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