Центр масс

Выясним, при каких условиях тела движутся поступательно.
Рассмотрим следующий опыт. На гладкой горизонтальной поверхности лежит тело, имеющее форму диска (рис. 28). В точках А и В этого тела будем поочередно прикладывать одинаковые по модулю, но различные по направлению силы. Опыт показывает, что силы F1, F3, F4 и F6 вызывают поворот тела, а силы F2 и F5 вызывают поступательное движение тела. Следовательно, через каждую точку тела можно провести лишь одну такую прямую, действуя вдоль которой сила вызывает поступательное движение тела. Наблюдения показывают, что все эти прямые пересекаются в одной точке.
    

Точку пересечения линий действия сил, вызывающих поступательное движение тела, называют центром масс этого тела. Такое название не случайно. Центр масс является точкой, характеризующей распределение масс в данном теле (или в механической системе). Положение центра масс зависит от того, как распределяется по объему тела его масса. Центр масс не обязательно должен находиться в самом теле. Например, центр масс однородного кольца находится вне этого кольца в его геометрическом центре О (рис. 29).

Если направление прямой, вдоль которой действует сила, не проходит через центр масс тела, эта сила вызывает поворот тела. Если тело движется поступательно под действием нескольких сил, значит точка приложения равнодействующей этих сил находится в центре масс этого тела. При поступательном движении тела все его точки движутся с таким же ускорением, которое получает центр масс этого тела под действием равнодействующей внешних сил. Следовательно, для того чтобы описать поступательное движение тела, необходимо описать движение центра масс этого тела под действием равнодействующей внешних сил.

При движении тела (механической системы) его центр масс движется так же, как двигалось бы под действием равнодействующей внешних сил материальная точка, имеющая массу, равную массе тела (системы). Поэтому, когда мы считаем тело материальной точкой, то имеем в виду центр масс данного тела.

Центром тяжести твердого тела, находящегося в поле тяготения Земли, называют точку приложения равнодействующей всех сил тяжести, действующих на каждую частицу этого тела. При свободном падении тела без вращения тело движется поступательно под действием силы тяжести.

Как отмечалось выше, сила, вызывающая поступательное движение тела, приложена в центре масс этого тела. Следовательно, центр тяжести твердого тела совпадает с его центром масс. Поэтому часто центр масс называют центром тяжести. Однако между понятиями центра масс и центра тяжести есть отличие. Понятие центра тяжести справедливо только для твердого тела, находящегося в поле сил тяжести, а понятие центра масс не связано ни с каким силовым полем и справедливо для любого тела (механической системы).
Вопросы для самоконтроля:
При каком условии тело движется поступательно? 
Что называют центром масс тела? 
Может ли центр масс находиться вне тела? 
Где приложена равнодействующая нескольких сил, вызывающих поступательное движение тела? 
Что необходимо знать для описания поступательного движения? 
Можно ли отождествлять понятия материальной точки и центра масс? 
Что называют центром тяжести? 
Есть ли отличие между понятиями "центр масс" и "центр тяжести".