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[论文阅读] 视频辅助观察二维物体的质心

注:本文仅作学习之用,不做商业用途。

论文标题: Video-Aided Observation of the Center of Mass of Plane Objects
论文来源: 美国物理教师 (The Physics Teacher), 2024 年 01 月
DOI: https://doi.org/10.1119/5.0089173

创新实验

这篇文章主要写的是如何使用视频的方式观察物体的质心。

对于三维刚体的运动可以视为质心的平动和绕质心的转动两种运动的叠加。质心可以被定义为 作用于某一位置的力会只引起物体平动而无转动,将该位置称为质心。

the point to which a force from any direction must be applied to produce only translation of the body without rotation.

那如何找到质心的位置,对于二维物体而言,常见的方法是 阿基米德的悬挂法——在物体的不同位置用细绳悬挂,绘制重垂线,则这些线的交点即为质心。 如下图所示。

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文章中用了一个不规则的二维物体,通过悬挂法找到了质心 CM,此外在物体上标注不同于质心的两点 (下图红色和绿色点)

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然后把不规则物体向上旋转扔出,用相机去观察物体上三个点的轨迹。在最高点,只有旋转,因此看到质心所在位置是不动的,而之前标注的 红色和绿色的点会变模糊。通过这个方法可以帮助学生理解质心。

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Comment:实验器材也相对容易制作,实验过程也容易实施。

基于 MIT 许可发布