质心运动

【实验目的】
验证刚体受到作用点不同而大小和方向均相等的外力冲击后，其运动状态虽然不同，但其质心的运动相同。
【实验器材】
质心运动演示仪，如图7-1所示。

图 7-1

图7-1中1为木球哑铃，其两端为不同直径的木球，并在哑铃柄上用黑漆标出质心的位置；2为哑铃支架；3为打击棒；4为打击棒转轴支架；5为弹簧；6为卡扣；7为底板。
【实验原理】
刚体质心的运动取决于所受的合外力，外力相同时，不管外力的作用点如何，质心的运动是相同的。若外力不为零，而外力对质心的力矩为零，则刚体无转动，仅有平动。若外力不为零，且外力对质心的力矩也不为零，则刚体的运动是质心的运动和绕质心的转动两者的叠加。
【实验操作与现象】
1．将打击棒压下，用卡扣扣住。把哑铃放在支架上，并使哑铃的质心恰好处在打击棒的正上方。释放卡扣，可看到哑铃被垂直地打起来，哑铃始终平行运动。观察其质心的运动轨迹是否为竖直的直线？为什么？
2．重复1的实验，但使哑铃的质心偏离打击棒的正上方。可看到哑铃飞起后，质心的运动轨迹仍为竖直的直线，但是哑铃同时参与绕质心的转动。质心位于打击棒的上方左、右不同位置，哑铃转动的方向也不同，解释其现象。
【注意事项】
1．打击棒应限制在竖直面内运动，打击棒转轴支架与哑铃支架的高度应保证使打击棒的上沿水平位置与哑铃接触良好，从而使打击哑铃的力是垂直向上的。
2．打击力必须是短促而强劲的冲击力。否则，打击过程较为缓慢，结果哑铃的一端先被抬起，在打击力和支架另一端的支持力的作用下，哑铃将抛向一侧，而质心不是竖直向上运动。
3．不要让哑铃落下时打着人，可以在下落过程中用手接住，以免哑铃落地摔坏。