Невозможное равновесие

Описание

В ходе опыта мы пытаемся добиться устойчивого равновесия нашей конструкции, создавая, на первый взгляд, очень неустойчивую конструкцию. Тяжёлый молоток, с помощью изоленты, крепим к линейке так, чтобы самая массивная часть молотка (головка) немного выпирала за её пределы, а сама конструкция напоминала перевёрнутую букву "Л". 

Двигая молоток вдоль линейки, добиваемся устойчивого равновесия конструкции (в качестве точки опоры мы выбрали самый краешек линейки). После чего устанавливаем линейку с молотком на штатив, при этом кажется, что наша конструкция вот-вот упадёт! 

Усложняем эксперимент. подвешиваем к головке молотка ещё парочку тяжёлых инструментов из набора. Вопреки ожиданиям, наша конструкция не только не развалилась, но и приняла ещё более уверенное и надёжное положение на штативе!

 

Объяснение

Нас окружают самые разнообразные предметы, обладающие различной массой и размерами. Некоторые предметы чувствуют себя волне уверенно на своей опоре (книга на столе, автомобиль, стоящий на улице). Вывести их из равновесия можно лишь приложив достаточно большое усилие. Другие же предметы, готовы опрокинуться от малейшего прикосновения (мамина дорогая ваза или кружка с чаем на вашем столе). Почему же одни тела твёрдо стоят на своём месте, а другие нет?

Всё дело в равновесии и центре масс. Равновесие бывает устойчивым, неустойчивым и безразличным. Книга на столе находится в состоянии безразличного равновесия - её можно двигать по столу не прикладывая много сил, но перевернуть её при этом очень сложно (только если специально этого не хотеть). Ваза на полке находиться в состоянии неустойчивого равновесия - она достаточно легко может опрокинуться из-за своего малого веса и большой высоты. А вот мячик, угодивший в яму, как на зло, находится в состоянии устойчивого равновесия, и ни в какую не хочет оттуда вылезать (даже если пытаться достать его палкой). 

Центр масс - это область тела (иногда даже реально не существующая), в которой сконцентрирована наибольшая масса тела.

Любое тело старается занять такое положение, при котором его центр масс будет находится как можно ниже.

Наша книга состоит из однородного материала, поэтому её центр масс находиться примерно в центре самой книги, и находится на небольшом расстоянии от поверхности опоры. При перемещении книги по столу, расстоянии от её центра масс до опоры не меняется, а значит и книга практически никак не будет реагировать на данные перемещения.

У вазы на полке, центр масс будет так же находиться в её средней части (да-да, там на самом деле пустота и ничего нет! Но центр масс находится именно там). Чем выше ваза, тем большее расстояние разделяет центр масс и точку опоры вазы. А это значит, что при первой возможности ваза "займёт самое удобное для неё положение" - ляжет на бок (именно в таком положении расстояние от центра масс до точки опоры  минимально).

А что же наш мячик? Выкатывая его по стенке из ямы, мы создаём ситуацию в которой точка опоры перемещается выше центра масс и мячик, находясь в устойчивом равновесии, весело скатывается обратно! Устойчивое равновесие это именно то, что нам нужно для успешного проведения нашего опыта. 

Мы умышленно располагаем самую тяжёлую часть конструкции (молоток) ниже точки опоры. Осталось добиться того, чтобы центр масс и точка опоры лежали на линии, перпендикулярной линейке ( этого мы добиваемся перемещая молоток вдоль линейки). Полученную конструкцию очень трудно вывести из равновесия (равно как и достать мячик из ямы).

 

Это интересно

Для того, чтобы автомобили более уверенно держались на дороги, их самые тяжёлые детали, конструкторы стараются разместить как можно ближе к земле, для того, чтобы добиться более устойчивого равновесия. А хрупкие вазы умышленно изготавливают с толстым и тяжёлым дном, чтобы сместить центр тяжести вазы вниз. 

Теперь вы знаете практически всё о равновесии, и несомненно сможете самостоятельно разгадать секрет устойчивости игрушки-неваляшки.

Категория: Видео-опыты (физика) | Добавил: Decay_Dance (19.04.2015)
Просмотров: 4456 | Теги: физические опыты, наука детям, равновесие, физические эксперименты, невозможное равновесие, линейка и молоток | Рейтинг: 0.0/0