弧形重心公式推導

2022-12-27 14:25:20 字數 1410 閱讀 8129

1樓:素可欣城醜

由於此金屬桿是對稱的,所以重心必然在對稱軸上且此對稱軸一定過所在圓圓心。

與對稱軸為x軸,過原點的縱軸為y軸

因為y方向上積分為0

就只算x方向

設c為重心座標

xc=∫lxdl/l

因為圓弧的方程知道

a為圓心角

x^2+y^2=r^2

將x帶入微分方程

就可以得

xc=(r*sina)/a

也就是離圓心的距離為(r*sina)/a

(a為弧度,不是角度)

2樓:餘丹戰甲

初等方法:定理:質量分佈均勻且在一平面上的線段,當它始終垂直於自身平面運動時,它掃過的面積s等於線段長l乘以質心運動的路程c。

令該圓弧繞其一邊旋轉一週,s=2pi×r×h,h=r×(1-cosa),l=a×r,所以c=s/l=2pi×r×(1-cosa)/a=2pi×r,r=r×(1-cosa)/a,r為質心到一邊的距離,質心到圓心的距離x=r/sin(a/2)=2r×sin(a/2)/a=rsin(a/2)/(a/2)

3樓:汝潔但卿

不記得高中是否學過積分的方法了,不過這問題如果使用積分的方法解決似乎就太平常,沒有必要作為奧賽題目了。下面的解法需要極限的概念,並會用到基本極限:當α→0時,(sinα)/α→1。

考慮一段半徑為r,弧度為α的劣圓弧,即0<α<π,該圓弧的圓心為o,設圓弧的重心距離點o的距離為y,則y=f(α),圓弧極短時時,y趨近於r,即α→0時,y=f(α)→r。

設想將圓弧平分則半段圓弧的重心為f(α/2),則總重心位於兩個分圓弧重心的連線中點,易得:

f(α)=f(α/2)*cos(α/4)

n次平分後f(α)=f(α/2^n)*cos(α/2^(n+1))*cos(α/2^n)*cos(α/2^(n-1))*....*cos(α/4)

=f(α/2^n)*cos(α/2^(n+1))*cos(α/2^n)*cos(α/2^(n-1))*....*cos(α/4)*sin(α/2^(n+1))/sin(α/2^(n+1))

=f(α/2^n)*sin(α/2)*2^n/sin(α/2^(n+1))

f(α)=f(α/2^n)*sin(α/2)*2^n/sin(α/2^(n+1))

=f(α/2^n)*sin(α/2)*(2/α)*[(α酣緝豐墾薟舊奉馴斧沫47;2^(n+1))/sin(α/2^(n+1))]

n→∞時,(α/2^(n+1))/sin(α/2^(n+1)→1,且f(α/2^n)→r

所以,n→∞時,f(α)=f(α/2^n)*sin(α/2)*(2/α)*[(α/2^(n+1))/sin(α/2^(n+1))]→(2r/α)*sin(α/2)

即,劣弧重心y=f(α)=(2r/α)*sin(α/2)(

0<α<π).

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