Класс!ная физика - всегда рядом Класс!ная физика - викторины Класс!ная физика - для любознательных Техно-шокер Музей открытки 20 века Коты-работы художников

добавить на Яндекс

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?





«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru и classfizika.ru
«Класс!ная физика» - это и библиотека по физике class-fizika.ru/bib.html

 Класс!ная физика   -  YouTube

Статика. Центр тяжести. Устойчивое равновесие (ч.1) Опыты

ПечатьE-mail



ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ


У каждого предмета есть центр тяжести. Например, у однородной палки (такой, как, например, черенок лопаты) он находится точно на ее середине, у крышки кастрюли — в ее центре. Для того чтобы горизонтально подвесить палку, понадобятся самое маленькое две нитки, привязанные к ее концам, но, воспользовавшись центром тяжести, можно обойтись и одной ниткой, привязанной к самой середине палки. Чтобы крышка кастрюли висела горизонтально, тоже вместо нескольких ниток достаточно одной, привязанной в ее центре (за ушко).
От положения центра тяжести зависит равновесие предмета. Если центр тяжести находится ниже точки опоры и точно под ней, будет самое устойчивое равновесие. Это можно проследить на опытах, которые мы с вами сейчас проделаем.



СОРЕВНОВАНИЕ ДВУХ КАРАНДАШЕЙ


Возьмите два граненых карандаша и держите их перед собой параллельно, положив на них линейку. Начните сближать карандаши. Сближение будет происходить поочередными движениями: то один карандаш движется, то другой. Даже если вы захотите вмешаться в их движение, у вас ничего не получится. Они все равно будут двигаться по очереди.


Почему это происходит? Как только на одном карандаше давление стало больше и трение настолько возросло, что карандаш дальше двигаться не может, он останавливается. Зато второй карандаш может теперь двигаться под линейкой. Но через некоторое время давление и над ним становится больше, чем над первым карандашом, и из-за увеличения трения он останавливается. А теперь может двигаться первый карандаш. Так, двигаясь по очереди, карандаши встретятся на самой середине линейки у ее центра тяжести. В этом легко убедиться по делениям линейки.

Этот опыт можно проделать и с палкой, держа ее на вытянутых пальцах. Сдвигая пальцы, вы заметите, что они, тоже двигаясь поочередно, встретятся под самой серединой палки. Правда, это лишь частный случай.

Попробуйте проделать то же самое с обычной половой щеткой, лопатой или граблями. Вы увидите, что пальцы встретятся не на середине палки.



ОПЫТ С НЕУСТОЙЧИВЫМ РАВНОВЕСИЕМ


Напомним условие устойчивого равновесия: равновесие будет устойчивым, если центр тяжести находится ниже точки опоры и точно под ней. Это значит, что, если отвесная линия проходит через точку опоры или подвеса и через центр тяжести, уже можно надеяться, что равновесие будет обеспечено.


Шар,   который   лежит   на   столе, всегда будет находиться в состоянии равновесия, потому что его центр тяжести (а он находится в центре шара) будет соединен с точкой опоры отвесной линией, как бы мы шар ни передвигали. Такое равновесие называется безразличным. Другое дело, если вы захотите, чтобы шар удержался на кончике пальца. И хотя такое равновесие будет очень неустойчивым, но все-таки, оказывается, и оно возможно. Ведь не только жонглеры в цирке легко держат большие мячики на кончике пальца, но и животные: дрессированные морские львы, например, удерживают шар на кончике своего носа.

И вы сможете научиться держать большой мяч на кончике пальца. Весь секрет заключается в том, чтобы быстро передвигать точку опоры — ваш палец — под центр тяжести мячика. Как только мяч начнет падать, он сдвинется с отвесной линии, соединяющей его центр с точкой опоры. Сразу же надо выправить положение — подвести точку опоры под центр мяча. Сначала, конечно, у вас ничего не получится, но после тренировок вы постепенно добьетесь успеха. И ваши быстрые движения для восстановления равновесия почти не будут со стороны заметны. Зрителям будет казаться, что мяч спокойно держится на вашем пальце, даже не собираясь падать.

Проделайте опыты с мячами разных размеров и подумайте, почему удачней всего получается опыт с большим мячом.



РАВНОВЕСИЕ ЧЕЛОВЕКА



Встаньте правым боком вплотную к стене, поднимите одновременно левую руку и ногу и попытайтесь удержаться в таком состоянии.
Почему человек теряет равновесие?

Человек теряет равновесие при одновременном поднятии левой руки и ноги, так как прямая, проведенная через центр тяжести, перестает пересекать площадь опоры.



УСТОЙЧИВЫЙ КАРАНДАШ


Попробуй поставить карандаш на острие. Можешь возиться хоть целый день.

И все-таки есть очень простой способ заставить карандаш стоять.
Это старинный, очень наглядный опыт. Перочинный нож у вас, наверно, есть, карандаш тоже. Зачините карандаш, чтобы у него был острый конец, и немного выше конца воткните полураскрытый перочинный нож, раскрытый не до конца. На рисунке ясно видно, как это сделать.

Поставьте острие карандаша на указательный палец, и карандаш будет стоять на пальце, слегка покачиваясь. Раскрывая нож больше или меньше, можешь устанавливать карандаш не только прямо, но и наклонно. И все равно он не будет падать, даже если его толкнуть. Немножко    покачается —и    останется стоять на острие!


Почему же карандаш без ножа падает, а с ножом стоит?
Ведь в обоих случаях карандаш опирается на острие. Это его точка опоры. Но в первом случае точка опоры находилась в самом низу. А во втором —под ней висел перочинный нож. Ясно, что дело здесь именно в ноже. Если карандаш наклонится   и   начнет   падать —нож будет подниматься вверх.
Но ведь нож тяжелее, он тянет вниз и заставляет карандаш снова выпрямиться.

Где находится центр тяжести карандаша и перочинного ножа? Ответ простой: на пересечении отвесной линии, проведенной через точку опоры и рукоятку ножа. То есть в самой рукоятке, значительно ниже точки опоры.



НОЖ МОЖЕТ БЫТЬ И НАВЕРХУ


В опыте с карандашом перочинный нож находился внизу. Но он может быть и наверху. Нужно только взять еще более тяжелый предмет, чтобы главная тяжесть все-таки оказалась ниже точки опоры.
Очень удобна для этого опыта поварешка. Она тяжелее ножа, и на конце ее ручки есть крючок.
Поставь полуоткрытый перочинный нож у края стола и повесь на него поварешку. Покачавшись, это сооружение уравновесится. А ведь ясно, что без поварешки нож и секунды не простоял бы в таком положении!

Чем тяжелее поварешка, тем ровнее стоит нож. В этом легко убедиться, насыпая в поварешку песок. Нож будет подыматься все выше.

С поварешкой и ножом можно сделать еще более кра­сивый опыт. На рисунке ты видишь, как надеть пова­решку у основания лезвия. Нож придется согнуть так, чтобы поварешка не скользила и торчала под углом при­мерно 45° к рукоятке ножа. Теперь все сооружение будет в равновесии, если конец рукоятки подпереть пальцем. А можно положить его на край стола. Правда, стакан придется наполнить водой, чтобы он не опрокинулся.



ОПЫТ С ПОВАРЕШКОЙ



Нож тяжелее карандаша. Поварешка тяжелее ножа. Что бы такое подобрать тяжелее поварешки?
Крышку от кастрюли? Годится! Только не алюминиевую, а эмалированную, она потяжелее.



Посмотри, какой рекорд равновесия установила поварешка, соединенная со своей подружкой шумовкой! Крышка от кастрюли лежит краем на горлышке бутылки в прочном, устойчивом положении.



А ТЕПЕРЬ НАВЕРХУ КРЫШКА ОТ КАСТРЮЛИ



Можно ли уравновесить крышку от кастрюли на острие иглы? Ты, конечно, сразу сообразишь, что для этого нужно подобрать что-нибудь потяжелее крышки. В нашем опыте взяты четыре вилки. Только они должны быть стальные или мельхиоровые: алюминиевые слишком легки.

Разрежь по длине две корковые пробки. Если таких пробок у тебя нет, можешь заменить их кусками пенопласта. В каждую из четырех половинок воткни по вилке так, чтобы угол между плоскостью среза и вилкой был чуть-чуть меньше прямого.


Размести вилки с пробками по краю крышки на равных расстояниях одна от другой. Для большей устойчивости зубья вилок должны касаться края крышки.

Теперь крышку от кастрюли удастся наконец уравновесить на острие иглы, всаженной в пробку. На глаз кажется, что это невозможно,—и все-таки крышка стоит! Ее можно даже заставить вращаться, если раскрутить достаточно осторожно. И вращаться она будет долго. Ведь трение между кончиком иглы и эмалированной крышкой очень невелико.



Вернуться в "Оглавление"

Источники: Ф. Рабиза "Опыты без приборов"; "Забавная физика"; Л.А. Горев "Занимательные опыты по физике"