Исследование равновесия тел, имеющих одну точку опоры
Модель - Канатоходец
Выполнение условий равновесия тел имеет важное значение при проектировании зданий и технических устройств. Кроме того, при подготовке акробатических трюков необходимо строго соблюдать законы физики. Пожалуй, каждый человек на цирковых представлениях не раз восхищался трюкам эквилибристов и канатоходцев, требующих умения балансировать и удерживать равновесие. Однако мало кто знает, что для этого цирковые артисты используют специальное оборудование, принцип действия которых основывается исключительно на законах физики.
Канатоходец сделан из дерева. В качестве каната использована тонкая леска, натянутая на двух металлических вертикальных опорах. Для того, чтобы избежать соскальзывание модели канатоходца в нижней части ввинчен шуруп с прорезью под плоскую отвертку.
С целью создание устойчивого равновесия канатоходца установка дополняется шестом из проволоки, который всегда имеется в руках реальных канатоходцев. Под собственной тяжестью проволока шеста несколько прогнулась, и было замечено, что установка стала более устойчивой. Чем длинней проволока, тем больше прогиб и устойчивее равновесие модели. С целью уменьшения длины проволоки, используемой в качестве шеста, на обоих концах были закреплены грузики, масса которого значительно больше массы самой проволоки. При перемещении грузиков вдоль проволоки было выяснено, что состояние устойчивого равновесия модели достигается при положениях грузиков ниже проволоки, используемой в качестве каната. Таким образом, можно сделать вывод, что тело имеет положение устойчивого равновесия в том случае, когда масса тела сосредоточена ниже точки опоры. Результаты исследования дают основание полагать, что шест канатоходцев цирка имеет не одинаковое распределение массы по длине. Большая часть массы шеста сосредоточена на его концах.
Оборудование: бруски дерева – для изготовления канатоходца и опоры, леска, металлические гвозди (2 шт), стальная проволока, грузики, болт
Порядок выполнение работы:
1. К болту припаивает стальную проволоку.
2. Укрепляем на проволоке грузики, подбирая устойчивое равновесие конструкции.
3. Вырезаем из дерева канатоходца.
4. Насаживаем канатоходца на болт с проволокой.
5. Изготавливаем опору для каната из лески.
6. Устанавливаем канатоходца на леску.
Демонстрация устойчивого равновесия
- бутылка; корковая пробка; две вилки.
В верхний конец пробки воткните две вилки и поставьте ее на край горлышка бутылки с водой. При этом получается устойчивое равновесие. Если взять бутылку и поворачивать ее так, чтобы из нее выливалась вода, то пробка с вилками сохраняет равновесие. Почему?
Объяснение
Вертикальная линия, проведенная через центр тяжести системы из пробки с вилками. Проходит через точку опоры. Причем центр тяжести лежит ниже точки опоры, а при этом условии система находится в устойчивом равновесии.
Что еще можно сделать
1. В нижнем конце пробки сделайте выемку, чтобы она плотно садилась на конец яйца. Вилки воткни так, как показано на рисунке. Теперь, прикрыв яйцо такой «шляпой», вы легко нащупаешь положение, при котором оно будет спокойно стоять на горлышке бутылки. И даже не на всем горлышке, а на его краю.
2 Взять толстую монету. Она должна плотно входить между зубьями вилок. Сложите вилки так, чтобы зубья одной легли на зубья другой. В прорезь между средними зубьями просуньте монету. Теперь, после нескольких неудачных попыток, вам удастся положить это коромысло монетой на край стакана. На рисунке хорошо видно, как оно должно лежать.
Если хотите можете попробовать вылить воду из этого стакана, не сбросив вилок и монеты.
3. Попробуйте поставить карандаш на острие. Всадите в карандаш перочинный нож, раскрытый не до конца. На рисунке ясно видно, как это сделать.
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!
