奇妙无比的“重心”

王宝琪

不少同学都玩过陀螺，在玩的过程中，很多同学都产生了相同的疑问：陀螺为什么旋转时就直立不倒，而静止时就站立不住呢？原来，陀螺旋转作圆周运动时，各种力的作用使陀螺的重心保持在中心轴上不变，没有重心的偏移当然就不会倒；而静止时，重心偏向一边不在中心轴上，当然就会倒向一方了。

你知道“马踏飞燕”吗？它是一座我国东汉时期的铜奔马，是利用重心原理设计制作的艺术精品。只见它上面的骏马，膘肥身健，体形匀称，鬃毛整齐，四蹄坚韧有力。它的头微微后仰而稍向左歪，尾巴向后扬起，一只脚落在一只飞翔的燕子上。它姿态动感强烈，同时也保持着精确的平衡。这座铜奔马的重心显然经过了极其周密的计算，它全身的重量稳稳地集中在右后蹄上。

怎样才能使铜奔马保持平衡呢？独具匠心的设计者有意使马的头和颈往后收缩，让重心尽量后移；同时使踏燕的后蹄尽量前伸，让马的支撑点和重心正好在一条垂直线上。再加上向前后伸出的两条腿和扬起的尾巴，不仅使马在整体上保持平衡，而且使马的造型更加优美。

“马踏飞燕”是汉代艺术家智慧、想象力、浪漫主义情怀和高超艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世之宝。“马踏飞燕”具有的蓬勃的生命力和一往无前的气势，更是中华民族的象征。设计者想象力之卓越、构思之新颖以及铜铸工艺运用之巧妙，都令人惊叹不已。

这是人们利用重心的实例。那么什么是重心呢？物理上的重心是指物体各部分所受重力的合力的作用点。

质量均匀分布的物体，重心的位置只跟物体的形状有关。有规则形状的物体，它的重心就在几何中心上，例如，均匀细直棒的重心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱的重心在轴线的中点。不规则物体的重心位置除跟物体的形状有关外，还跟物体本身的质量分布有关。载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化，起重机的重心随着提升物体的重量和高度而变化。

不规则物体的重心，可以用悬挂法或支撑法来确定物体的重心。悬挂法的操作方法，是在物体上任意找一点，用绳悬挂，画出物体静止后的重力线，同理，再找一点悬挂，再画一条重力线，这两条重力线的交点就是这个物体的重心。支撑法是用细棒作一个支点支撑物体，不断变化位置，越稳定的位置，越接近重心。

有趣的是，虽然理论上讲物体的重心一般在这个物体上面，但也有例外，例如均匀的圆环，它的重心就在圆环的圆心上，而不在圆环的任何一个点上，可这个“圆心”恰恰是空的，什么也没有！

巧法找重心

接下来，让我们一起动手，用悬挂法来找找形状不规则的物体的重心吧！

1.准备材料

纸板一张，线一根，图钉一枚，垫圈一个，锥子、剪刀、直尺各一把。

2.实验过程

①将纸板剪成一个不规则的形状，并用锥子在纸板的边缘随意扎几个小孔。

②将线的一端绑在垫圈上，另一端绑在图钉上，然后将图钉穿过纸板上的一个小孔，轻轻地将纸板钉在墙上。当纸板静止后，用笔和直尺沿着线的位置在纸板上画出一条直线。

③依次用图钉穿过另外三个孔，重复以上步骤，最后纸板上的4条直线交于一点，然后把纸板放在你的食指上，指头对准4条直线的交点。这时你会发现，这张形状不规则的纸板在你的食指上能保持平衡，不会掉下来。

3.科学奥秘

纸板上4条直线的交点就是纸板的重心，重心就是重力的平衡点。事实上，物体的重心就是物体受到全部重力的聚集点。如果在重心下放一个支撑物（如手指），物体便可以保持平衡。当然，有规则的物体找起重心来就容易些了，比如找一本书的重心，先将书的一角（A点）提起，静止后，在书面上从A点起画一条垂直于水平地面的线，再提起另一角（B点），静止后，从B点起画一条垂直于水平地面的线，两线交与一点，这一点就是这本书的重心了。

探寻欹器自翻的奥秘

矿上的翻斗车能自行翻身倾倒矿石，是什么魔力使它具有这种功能呢？原来它的制作原理，来源于我国古代的一种叫欹（qī）器的灌溉汲器。欹器有一种奇妙的本领：未装水时口子略向前倾，待灌入少量水后，罐身就渐渐竖直了起来，而一旦灌满水，罐身就会一下子倾覆过来，把水倒净，然后又恢复到原来的状态，等待再次灌水。怎么样，有意思吧？依照下面的步骤，你也可以做一个类似的欹器哦！

1.准备材料

塑料杯一只，盆子一个，自行车辐条一根，粗铁丝一段，以及水、钳子、锥子等。

2.精心制作

在塑料杯中部上方一点的杯壁上钻2个孔，使两孔的连线稍稍偏离孔所在平面的圆心。再将自行车的辐条紧紧地插入杯壁的两个小孔中，作为容器的转轴。

用铁丝做一个有凹槽的支架，把杯子的转轴架在支架顶端的凹槽内，把盆子放在杯子下方，这样，欹器也就完成了。

3.实验过程

制作好后，开始灌水。才开始灌水时，水面在转轴之下，杯子就会竖直起来；当继续灌水，水面超过转轴一定高度时杯子就会一下子倾覆过来；杯子里的水倒尽后，杯子又恢复到最初状态。

4.科学奥秘

灌水前，杯子的重心在杯子中间偏向一侧的位置，杯子微横，杯口略向前倾；装了一部分水后，重心降到杯子的下部，于是杯子就竖直了起来；当水渐渐装满时，重心上移，杯子就倾倒了下去。是不是很有趣很好玩啊？其实这也是重心在发挥它的魔力！

（编辑 孙世奇）