Transcript Punkt stabilnego podparcia

WYZNACZANIE ŚRODKA CIĘŻKOŚCI
Dział fizyki: Mechanika bryły sztywnej
Skład zespołu: Patryk Jamróz kl. 2f, Wiktor Rewolte kl. 2f
Nazwa grupy: G-3-NYS-OPO numer grupy: 4
Nauczyciel: Beata Krzan
Szkoła: Gimnazjum nr 3 w Nysie
DOŚWIADCZENIE I
1) Potrzebne:
a) pudełko z płytami
CD (DVD)
b) długopis lub
ołówek o płaskich
zakończeniach
2) Opis przebiegu doświadczenia:
Podeprzeć długopisem (ołówkiem)
pudełko z płytami CD tak, by się nie
przewracało
DOŚWIADCZENIE I
3) Wnioski:
Punkt
stabilnego
podparcia
(także
stabilnego
zawieszenia) przedmiotów symetrycznych jest położony
pod (lub nad) środkiem geometrycznym.
Dla ciał symetrycznych taki punkt jest łatwo znaleźć.
Środek ciężkości znajduje się dokładnie nad punktem
stabilnego podparcia (lub pod punktem stabilnego
zawieszenia), pokrywa się ze środkiem geometrycznym
i łatwo go obliczyć.
Dużo trudniej obliczyć, gdzie znajduje się środek
ciężkości dla ciał niesymetrycznych.
DOŚWIADCZENIE II
1) Potrzebne: łyżka,
widelec, szklana
butelka, zapałka
2) Opis przebiegu
doświadczenia:
a) przygotować łyżkę i widelec
i przełożyć dwa środkowe
ząbki od widelca przez łyżkę,
a dwa pozostałe przełożyć po
drugiej stronie jak na zdjęciu
DOŚWIADCZENIE II
b) przełożyć zapałkę poprzez
jeden środkowy i jeden ząbek
po drugiej stronie łyżki
c) postawić butelkę, a
następnie położyć drugi
koniec zapałki na skraju
gwintu.
d) znaleźć środek ciężkości
układu ciała, tak aby łyżka
i widelec nie przewróciły
się, tylko wisiały na
zapałce opartej na gwincie
butelki.
DOŚWIADCZENIE II
3) Obserwacje:
Układ: łyżka - widelec
zachowują równowagę
i nie przewracają się.
Wiszą na zapałce
opartej na gwincie
butelki.
DOŚWIADCZENIE II
4) Wnioski:
Jeśli dowolny przedmiot, o nie do końca symetrycznych kształtach, chcemy
stabilnie podeprzeć w jednym miejscu tak, aby go w całości utrzymać, to
musimy wykonać kilka prób, gdyż nie tak łatwo jest odpowiednie miejsce
znaleźć.
Najczęściej tylko jeden punkt (czasem nieco rozciągły, jeśli samo podparcie
jest szerokie) pozwoli nam na wykonanie założonego zadania.
Punkt stabilnego podparcia przedmiotów nieregularnych jest przesunięty w
stronę obszaru o większym ciężarze.
Dla ciał niesymetrycznych taki punkt nie jest łatwo doświadczalnie znaleźć i
nie jest łatwo obliczyć. Dużo łatwiej jest stabilnie podeprzeć przedmiot o
symetrycznych kształtach. Znaleziony środek ciężkości pokrywa się ze
środkiem masy.
DOŚWIADCZENIE II
Ogólnie, możemy wyróżnić 3 rodzaje równowagi:
- chwiejna – gdy środek ciężkości znajduje się nad punktem
podparcia
- obojętna – gdy środek ciężkości znajduje się w punkcie
podparcia
- stała – gdy środek ciężkości znajduje się poniżej punktu
podparcia
Wnioskujemy, że w naszym doświadczeniu środek masy
znajduje się poniżej punktu podparcia i jest przesunięty
w kierunku układu widelec- łyżka (równowaga stała).
DOŚWIADCZENIE II
5) Treści uzupełniające:
Punkt stabilnego podparcia (także zawieszenia) ciała - to taki punkt, w
którym ciało nie ma tendencji do przekręcania się pod wpływem sił
ciężkości.
Punkt stabilnego podparcia jest ściśle związany ze środkiem ciężkości
ciała. Punkt podparcia (lub zawieszenia) spełniający warunek stabilności
(nie przewracania się, nie przekręcania pod wpływem działającej siły
ciężkości) utrzymywanego przedmiotu musi znajdować się dokładnie nad,
lub pod środkiem ciężkości.
Środek ciężkości ciała - to taki szczególny punkt (czasami może on
nawet nie zawierać się w obrębie ciała), że po podparciu w tym punkcie
za pomocą siły przeciwnej do siły grawitacji (równoważącej tę grawitację),
grawitacja nie spowoduje obrotu tego ciała. I to bez względu na
początkowe ustawienie - nachylenie.
DOŚWIADCZENIE II
5) Środek ciężkości, a środek masy
Niemal zawsze środek ciężkości pokrywa się ze środkiem masy (wyjątek
zdarzyłby się dopiero w niejednorodnym - czyli prawie niemożliwym do
zaobserwowania "normalnie" - polu grawitacyjnym).
Pojęcie środka masy jest nieco ogólniejsze od pojęcia środka ciężkości,
bo ciało ma środek masy zawsze – bez względu na to, czy działa na nie
siła grawitacji. Np. w stanie nieważkości trudno jest mówić o środku
ciężkości, bo ciężkości ciała nie mają, natomiast środek masy jest
niezmieniony.
DOŚWIADCZENIE II
5) Co to jest środek masy?
Środek masy jest powszechnie używanym
pojęciem związanym z bryłami, ciałami sztywnymi
(ale nie tylko z nimi). Pojęcie środka masy jest
bardzo użyteczne, gdyż pozwala na dobre
uproszczenie opisu ruchu układu składającego się
z wielu ciał. Zamiast rozpatrywać poszczególne
ruchy dużej ilości ciał, wystarczy w wielu
przypadkach rozważyć jedynie ruch jednego
punktu będącego środkiem mas układu tych ciał.
Dzięki temu pojęciu w wielu sytuacjach
skomplikowany ruch bryły daje się opisać
wygodnie jako złożenie ruchu punktu materialnego
i obrotu.
DOŚWIADCZENIE II
5) Wyznaczanie środka ciężkości – zastosowanie
Dzięki wyznaczeniu środka ciężkości można
określić warunki równowagi mechanicznej
dla ciała sztywnego. Jest to istotne przy
budowach np. mostów, wież oraz w wielu
urządzeniach technicznych np. karuzel,
statków , samolotów.
DOŚWIADCZENIE II
6) Interpretacja fizyczna:
ŚRODEK CIĘŻKOŚCI - jest to punkt, w
którym jest zaczepiona siła przedstawiająca
ciężar danego ciała, i pokrywa się on ze
środkiem
sił
równoległych,
które
reprezentują elementarne siły ciężkości, tj.
siły przyciągania cząstek ciała materialnego
przez kulę ziemską, skierowane pionowo do
środka ziemi. Łatwo zauważyć, że środek
ciężkości
przedmiotów
symetrycznych
znajduje się w ich środku geometrycznym.
Jeśli podeprzemy ciało obok środka ciężkości:
Jeśli ciało podeprzemy obok środka
ciężkości, to w większości położeń
będzie się ono przekręcało albo
przewracało (lub miało skłonność do
przekręcania). Wynika to z faktu, że siła
ciężkości działająca z jednej strony tego
ciała będzie większa, niż z drugiej
i ciężar owej masy przeważy.
Efekt ten może być osiągnięty zarówno
poprzez większą ilość masy lub tym, że
masa ta jest położona dalej od punktu
podparcia.
Przykłady zachowania równowagi :
Stunt Motocyklowy – tutaj
również , równowaga gra
bardzo ważną rolę …
A On .. może być
nazwany jej
mistrzem !
7) Linki:
http://pl.wikipedia.org/wiki/%C5%9Arodek_ci%C4%99%C5%BCko%C5%9Bci
http://www.matthewz.republika.pl/statyk14.htm
http://neur.am.put.poznan.pl/salata/srodki_ciezkosci_cial_jednorodnych.pdf