4.质心参照系可以按照惯性系理解.docx

质心参照系可以按照惯性系理解

人们从实践中认识到：一切物体当其本身尺度成为“封闭系统”，且其本身尺度与其相互作用范围相比可以忽略，则其中全部分别带有正或负电荷的微观粒子，就可当作是：其全部质量集中于其质量中心的1个“点”的“粒子”.实际上宇宙间各星体、黑洞等以及各基本粒子、原子甚至某些分子等都是这种球形或3个轴相差不大的椭球形粒子集团中，正、负电荷中和后，可以忽略其仍带有多余电量的电中性粒子集团，与外界的相互作用就都可当作一个具有其全部质量的“电中性粒子”.当正、负电荷中和后，仍带有多余电量的粒子的数量不可忽略的带电粒子集团与外界的相互作用，就也才可当作一个还具有其全部正、负电荷中和后，仍带有的全部正或负电荷量的“带电粒子”.由于所有粒子集团的质量中心是由其中所有微观粒子的质量构成；只是在正负电荷中和后，仍带有电量的“带电粒子”，才构成该粒子集团的正或负带电量中心；该粒子集团对外界的作用，就分别起着，电中性粒子与带正或负电粒子的作用.人们就从实践中认识到电中性和带正或负电荷2种“粒子”.

质点系的质心内涵，第一层内涵，质点系质量中心——质量中心是指物质系统上被认为质量集中在此的质心（一个假想点）.第二层内涵，表征质点系的质量分布——该质点的质量等价于质点系的总质量；而该质点上的作用力则等于作用于质点系上的所有外力平行地移到这一点上；质点系的质心运动跟一个位于质心的质点的运动方式相同.

值得一提的是，假如，用，,...,分别表达质点系中各质点的质量;

用,,,....,分别表示各质点的矢径;用,,表达质心的矢径;用表示质点系的总质量.则有, =  .

从另一个角度来看，则有， =  ;   =  ;   =  .更进一步来说，用,,,....,分别表示各质点的矢量速度;用,,表达质心的矢量速度;则有， = .

用,,....,分别表示各质点的矢量加速度;用,,表达质心的矢量加速度;则有， = .从另一个角度来看， = ，其中表达作用于质点系上的所有外力的矢量和.

质心参考系在物理学理论研究中很重要，在非单个质点的情况下选择参考系时质心参考系为首选.根据科尼希定理：质点组的动能为诸质点相对于质心系的动能与质心动能之和.各质点所受到的惯性力作的功之代数和等于惯性力的合力所做的功，由于合力作用点在质心上，而质心相对于质心参照系永远是静止的，所以可以不用考虑惯性力的作用.在运动学和动力学中特点：在质心参考系中质点组对质心位置矢量、质心速度、质心加速度、动量等都为零，不用算质点组运动前后动量是否改变，因此在运用动能定理、功能原理等均可不考虑惯性力效应，在处理质量悬殊的近似中大质量物体的速度改变一小量时，动能改变也可以忽略.在进行散射问题的理论计算时用质心坐标系，要验证其在实验室里的正确性，实验室参考系和质心参考系的转换关系尤为关键.在自由落体运动中，地面系也可以看做是质心系，此时地球的质量视为无穷大，地面系和质心系重合.

依据动量守恒与动能守恒定律导出了两个完全弹性小球正撞前后的速度关系式

故而有

将第式代入第式分子中的最右边的项中

展开第式右边的分子

交换（重组）第式右边分式的分子中的各项位置

因为有

故有

令

第式中的符号表示该两个相撞的弹性小球的集体质心的速度；故而有碰撞规律

对于“质心系”来说，这第中的则为零（即有）

此时则有

这个速度关系式的物理意义很明确，即表明在“质心系”的观察者看来每个参与同时正撞的完全弹性小球都不可能逾越其集体的质心的位置都以自己撞前的速率反弹回去.这个规律与参与同时正撞的完全弹性小球（质点）的多寡无关，故而一般地有

这第（11）式表示当有个完全弹性小球（质点）发生同时（质心）正撞前后的第个小球所服从的速度关系式，式中的则表示这个完全弹性小球（质点）的集体质心的速度.