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例題集 / 機械 / 工業力学(V-A-3 力学) / 重心
図において,次の問いに答えよ.
$(1)$
半円球体の重心位置を求めよ.
$(2)$
$R=50\ \rm{mm}$のとき、点$\rm{O}$から重心位置までの距離を求めよ.
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解答例・解説
$(1)$
\[r=\sqrt{R^2-z^2}\\
微小体積: dV=\pi r^2 \cdot dz=\pi(R^2-z^2)dz\\
\]
\[
重心位置: Z_G=\frac{1}{V}\int{ZdV} = \frac{\int{ZdV}}{\int{dV}}
\]
\[\begin{align}
分子=\int{z dV}
=\int^{R}_{0}z\pi\left(R^2-z^2 \right)dz
&=\pi\int^{R}_{0}\left(zR^2-z^3 \right)dz\\
&=\pi\left[R^2\frac{z^2}{2}-\frac{z^4}{4} \right]^R_0\\
&=\pi\left[\frac{R^4}{2}-\frac{R^4}{4} \right]\\
&=\frac{\pi R^4}{4}
\end{align}\]
\[\begin{align}
分母=\int {dV}
&=\int^{R}_{0}\pi\left(R^2-z^2 \right)dz\\
&=\pi\left[R^2z-\frac{z^3}{3} \right]^R_0\\
&=\pi\left[R^3-\frac{R^3}{3} \right]\\
&=\frac{2}{3} \pi R^3
\end{align}\]
\[\begin{align}
z_G
&=\frac{\frac{1}{4}\pi R^4}{\frac{2}{3}\pi R^3}\\
&=\frac{3}{4\times 2}R\\
&=\frac{3}{8}R
\end{align}\]
$(2)$
\[\begin{align}
R&=50\ \rm{mm}のとき、\\
Z_G
&=\frac{3}{8}\times 50\,\rm{mm}\\
&=18.75\, \rm{mm}
\end{align}\]