примеры неустойчивого равновесия в жизни

Равновесие

Понятие равновесия — одно из самых универсальных в естественных науках. Оно применимо к любой системе, будь то система планет, движущихся по стационарным орбитам вокруг звезды, или популяция тропических рыбок в лагуне атолла. Но проще всего понять концепцию равновесного состояния системы на примере механических систем. В механике считается, что система находится в равновесии, если все действующие на нее силы полностью уравновешены между собой, то есть гасят друг друга. Если вы читаете эту книгу, например, сидя в кресле, то вы как раз и находитесь в состоянии равновесия, поскольку сила земного притяжения, тянущая вас вниз, полностью компенсирована силой давления кресла на ваше тело, действующей снизу вверх. Вы не проваливаетесь и не взлетаете именно потому, что пребываете в состоянии равновесия.

Различают три типа равновесия, соответствующие трем физическим ситуациям.

Устойчивое равновесие

Именно его большинство людей обычно и понимают под «равновесием». Представьте себе шар на дне сферической чаши. В состоянии покоя он находится строго в центре чаши, где действие силы гравитационного притяжения Земли уравновешено силой реакции опоры, направленной строго вверх, и шар покоится там подобно тому, как вы покоитесь в своем кресле. Если сместить шар в сторону от центра, откатив его вбок и вверх в направлении края чаши, то, стоит его отпустить, как он тут же устремится обратно к самой глубокой точке в центре чаши — в направлении положения устойчивого равновесия.

Вы, сидя в кресле, находитесь в состоянии покоя благодаря тому, что система, состоящая из вашего тела и кресла, находится в состоянии устойчивого равновесия. Поэтому при изменении каких-то параметров этой системы — например, при увеличении вашего веса, если, предположим, вам на колени сел ребенок, — кресло, будучи материальным объектом, изменит свою конфигурацию таким образом, что сила реакции опоры возрастет, — и вы останетесь в положении устойчивого равновесия (самое большее, что может произойти, — подушка под вами промнется чуть глубже).

В природе имеется множество примеров устойчивого равновесия в различных системах (и не только механических). Рассмотрим, например, отношения хищник—жертва в экосистеме. Соотношение численностей замкнутых популяций хищников и их жертв достаточно быстро приходит в равновесное состояние — столько-то зайцев в лесу из года в год стабильно приходится на столько-то лис, условно говоря. Если по каким-либо причинам численность популяции жертв резко изменяется (из-за всплеска рождаемости зайцев, например), экологическое равновесие будет очень скоро восстановлено за счет быстрого прироста поголовья хищников, которые начнут истреблять зайцев ускоренными темпами, пока не приведут поголовье зайцев в норму и не начнут сами вымирать от голода, приводя в норму и собственное поголовье, в результате чего численности популяций и зайцев, и лис придут к норме, которая наблюдалась до всплеска рождаемости у зайцев. То есть в устойчивой экосистеме также действуют внутренние силы (хотя и не в физическом понимании этого слова), стремящиеся вернуть систему в состояние устойчивого равновесия в случае отклонения системы от него.

Аналогичные эффекты можно наблюдать и в экономических системах. Резкое падение цены товара приводит к всплеску спроса со стороны охотников за дешевизной, последующему сокращению товарных запасов и, как следствие, росту цены и падению спроса на товар — и так до тех пор, пока система не вернется в состояние устойчивого ценового равновесия спроса и предложения. (Естественно, в реальных системах, и в экологических, и в экономических, могут действовать внешние факторы, отклоняющие систему от равновесного состояния — например, сезонный отстрел лис и/или зайцев или государственное ценовое регулирование и/или квотирование потребления. Такое вмешательство приводит к смещению равновесия, аналогом которого в механике будет, например, деформация или наклон чаши.)

Неустойчивое равновесие

Не всякое равновесие, однако, является устойчивым. Представьте себе шар, балансирующий на лезвии ножа. Направленная строго вниз сила земного притяжения в этом случае, очевидно, также полностью уравновешена направленной вверх силой реакции опоры. Но стоит отклонить центр шара в сторону от точки покоя, приходящейся на линию лезвия хоть на долю миллиметра (а для этого достаточно мизерного силового воздействия), как равновесие будет мгновенно нарушено и сила земного притяжения начнет увлекать шар всё дальше от него.

Примером неустойчивого природного равновесия служит тепловой баланс Земли при смене периодов глобального потепления новыми ледниковыми периодами и наоборот (см. Циклы Миланковича). Среднегодовая температура поверхности нашей планеты определяется энергетическим балансом между суммарным солнечным излучением, достигающим поверхности, и суммарным тепловым излучением Земли в космическое пространство. Неустойчивым этот тепловой баланс становится следующим образом. В какую-то зиму выпадает больше снега, чем обычно. На следующее лето тепла не хватает, чтобы растопить излишки снега, и лето оказывается также холоднее обычного вследствие того, что из-за переизбытка снега поверхность Земли отражает обратно в космос большую долю солнечных лучей, чем прежде. Из-за этого следующая зима оказывается еще более снежной и холодной, чем предыдущая, а следующим за ней летом на поверхности остается еще больше снега и льда, отражающего солнечную энергию в космос. Нетрудно увидеть, что чем больше такая глобальная климатическая система отклоняется от исходной точки теплового равновесия, тем быстрее нарастают процессы, уводящие климат еще дальше от нее. В конечном итоге, на поверхности Земли в приполярных областях за долгие годы глобального похолодания образуются многокилометровые напластования ледников, которые неумолимо продвигаются в направлении всё более низких широт, принося с собой на планету очередной ледниковый период. Так что трудно себе представить более шаткое равновесие, чем глобально-климатическое.

Особого упоминания заслуживает разновидность неустойчивого равновесия, называющаяся метастабильным, или квазиустойчивым равновесием. Представьте себе шар в узкой и неглубокой канавке — например, на повернутом острием вверх лезвии фигурного конька. Незначительное — на миллиметр-другой — отклонение от точки равновесия приведет к возникновению сил, которые вернут шар в равновесное состояние в центре канавки. Однако уже чуть большей силы хватит для того, чтобы вывести шар за пределы зоны метастабильного равновесия, и он свалится с лезвия конька. Метастабильные системы, как правило, обладают свойством пребывать какое-то время в состоянии равновесия, после чего «срываются» из него в результате какой-либо флуктуации внешних воздействий и «сваливаются» в необратимый процесс, характерный для нестабильных систем.

Типичный пример квазиустойчивого равновесия наблюдается в атомах рабочего вещества некоторых типов лазерных установок. Электроны в атомах рабочего тела лазера занимают метастабильные атомные орбиты и остаются на них до пролета первого же светового кванта, который «сбивает» их с метастабильной орбиты на более низкую стабильную, испуская при этом новый квант света, когерентный пролетающему, который, в свою очередь, сбивает с метастабильной орбиты электрон следующего атома и т. д. В результате запускается лавинообразная реакция излучения когерентных фотонов, образующих лазерный луч, которая, собственно, и лежит в основе действия любого лазера.

Безразличное равновесие

Промежуточный случай между устойчивым и неустойчивым равновесием — так называемое безразличное равновесие, при котором любая точка системы является точкой равновесия, и отклонение системы от исходной точки покоя ничего не изменяет в раскладе сил внутри нее. Представьте себе шар на абсолютно гладком горизонтальном столе — куда бы вы его ни сместили, он останется в состоянии равновесия.

Источник

Межрегиональная дистанционная конференция – конкурс учащихся 1 – 7-х классов «Первые шаги в науку»

Межрегиональная дистанционная конференция – конкурс

учащихся 1 – 7-х классов

«Первые шаги в науку»

Секция естественнонаучная (Физика)

школы- интерната «Лицея-интерната №7

учитель физики высшей

Уже несколько лет я занимаюсь танцами. Чтобы выполнить некоторые движения мне необходимо держать равновесие. Я задумалась, как мне это удается?

Поэтому цель моей работы узнать при каком условии тело сохраняет равновесие.

Для этого я ставлю перед собой следующие задачи:

ü Выяснить, что такое равновесие;

ü Какие виды равновесия бывают;

ü Как научиться держать равновесие;

ü Где проявляется равновесие.

В повседневной жизни нередко необходимо бывает рассчитать силы, которые действуют на различные части механизмов и сооружений, создаваемых человеком, чтобы оценить степень их устойчивости.

Понятие равновесия — одно из самых универсальных в естественных науках. Оно применимо к любой системе, и к системе планет, движущихся по стационарным орбитам вокруг звезды, и популяции тропических рыбок в лагуне атолла. Но проще всего понять состояние равновесия на примере механических систем.

Раздел механики, изучающий условия равновесия сил, называется статикой.

В механике часто интересует вопрос, в каких положениях тело, на которое действует сила тяжести, может сколь угодно долго оставаться в покое, если оно находилось в покое в начальный момент. Очевидно, для этого силы, действующие на тело, должны взаимно уравновешиваться.

Положения, в которых силы, действующие на тело, взаимно уравновешиваются, называют положениями равновесия.

Но практически не во всяком положении равновесия тело, находившееся в начальный момент в покое, действительно будет оставаться в покое и в последующее время. В реальных условиях, помимо учитываемых нами сил (сила тяжести, сила со стороны подвеса, опоры) на тело действуют и случайные силы: небольшие сотрясения, колебания воздуха и т. д. Под действием таких сил тело будет хотя бы немного отклоняться от положения равновесия, а в этом случае дальнейшее поведение тела может быть различным.

Различают три вида равновесия тел: устойчивое, неустойчивое и безразличное.

Устойчивое равновесие

Именно его большинство людей обычно и понимают под «равновесием». При отклонении тела от положения равновесия силы, действующие на него, изменяются, и равновесие сил нарушится. Измененные силы будут вызывать движение тела. Если, изменившиеся силы таковы, что под их действием тело возвращается к положению равновесия, то тело, несмотря на случайные толчки, будет все же оставаться вблизи положения равновесия. В этом случае мы говорим об устойчивом равновесии тела.

В окружающей нас действительности мы в большинстве случаев встречаемся с положениями устойчивого равновесия, так как только в таких положениях тело, предоставленное самому себе, может оставаться сколько угодно времени, несмотря на случайные толчки.

Представим себе шар на дне сферической чаши. В состоянии покоя он находится строго в центре чаши, где действие силы гравитационного притяжения Земли уравновешено силой реакции опоры, направленной строго вверх, и шар покоится там. Если сместить шар в сторону от центра, откатив его вбок и вверх в направлении края чаши, то, стоит его отпустить, как он тут же устремится обратно к самой глубокой точке в центре чаши — в направлении положения устойчивого равновесия. Это происходит потому, что при небольшом смещении тела в любом направлении от первоначального положения равнодействующая сила, действующая на тело, становится отличной от нуля и направлена к положению равновесия.

Равновесие называется устойчивым, если после небольших внешних воздействий обязательно возникнет сила, возвращающая тело в исходное состояние равновесия. В устойчивом равновесии находится шар на дне углубления (рис. 1).

Человек, сидя в кресле, находится в состоянии покоя благодаря тому, что система, состоящая из тела человека и кресла, находится в состоянии устойчивого равновесия. При изменении каких-то параметров этой системы — например, при увеличении веса тела, кресло, будучи материальным объектом, изменит свою конфигурацию таким образом, что сила реакции опоры возрастет, — и человек останется в положении устойчивого равновесия (самое большее, что может произойти, — подушка промнется чуть глубже).

Неустойчивое равновесие

Не всякое равновесие является устойчивым. Представим себе шар, балансирующий на лезвии ножа. Направленная строго вниз сила земного притяжения в этом случае полностью уравновешена направленной вверх силой реакции опоры. Но стоит отклонить центр шара в сторону от точки покоя, приходящейся на линию лезвия хоть на долю миллиметра, как равновесие будет мгновенно нарушено и сила земного притяжения начнет увлекать шар всё дальше от него.

Равновесие называется неустойчивым, если при небольшом смещении тела из положения равновесия равнодействующая приложенных к нему сил отлична от нуля и направлена от положения равновесия.

В неустойчивом равновесии находится, например, шар в верхней точке сферической поверхности (рис. 2). Если чуть-чуть сдвинуть или отклонить шар, находящийся в состоянии неустойчивого равновесия, то возникает сила, стремящаяся ещё больше отклонить его от равновесного состояния. Примером такого состояния служит « Неваляшка», поставленная с «ног на голову».

Промежуточный случай между устойчивым и неустойчивым равновесием — так называемое безразличное равновесие, при котором любая точка системы является точкой равновесия, и отклонение системы от исходной точки покоя ничего не изменяет в раскладе сил внутри нее. В безразличном равновесии находится шар на горизонтальной поверхности (рис.3). Куда бы мы его ни сместили, он останется в состоянии равновесия.

Если при небольших смещениях тела из первоначального положения равнодействующая приложенных к телу сил остается равной нулю, то тело находится в состоянии безразличного равновесия.

Виды равновесия тела с закрепленной осью вращения

В повседневной жизни и технике часто встречаются тела, которые не могут двигаться поступательно, но могут вращаться вокруг оси. Примерами таких тел могут служить двери и окна, колеса автомобиля, качели.

Тело, имеющее ось вращения, находится в равновесии, когда вертикальная прямая, проходящая через центр тяжести тела, проходит через ось вращения этого тела.

Пусть однородная прямоугольная деревянная рейка (например, линейка) расположена так, что ее центр тяжести С находится выше оси вращения О (рис.4 а). Вначале рейка находится в положении 1. Малейший наклон рейки, например перевод ее в положение 2, приведет к тому, что она не вернется обратно, а опрокинется по дуге вокруг оси О к поверхности Земли. При этом h2 S1) и тем же расстоянием центра тяжести от Земли (случай 3), то тело вернется в первоначальное положение.

Для того чтобы можно было одновременно учитывать и высоту центра тяжести тела над Землей, и значение его площади опоры, было введено понятие угла устойчивости тела. Углом устойчивости α называют угол, образованный горизонтальной плоскостью и прямой, соединяющей центр тяжести тела с краем площади опоры. Как видно из рис. 8, угол устойчивости уменьшается, если каким-либо способом центр тяжести тела понижают (например, делают нижнюю часть тела более массивной или часть тела зарывают в Землю, т. е. создают фундамент), а также увеличивают площадь опоры тела. Чем меньше угол устойчивости, тем устойчивее равновесие тела.

Предельный угол тем меньше, чем выше лежит центр тяжести при данной площади опоры. Воз, грузовик или железнодорожная платформа, высоко нагруженные, легче могут опрокинуться, чем в случае, когда центр тяжести груза лежит низко. Устойчивость может быть улучшена увеличением площади опоры.

При отклонении стола б) от его положения равновесия а) центр тяжести поднимается — равновесие устойчиво. В положении в) стол отклонен на предельный угол; при дальнейшем отклонении центр тяжести будет опускаться — равновесие неустойчиво.

Из условия равновесия тела, опирающегося на несколько точек, понятно, почему подъемные краны всегда снабжаются тяжелым противовесом. Благодаря противовесу общий центр тяжести крана, груза и противовеса не выступает за прямоугольник, ограниченный точками опоры колес, даже тогда, когда кран поднимает тяжелый груз. Если центр тяжести тела с самого начала выходит за пределы площади опоры, как, например, для скамьи, на выступающий край которой сел человек, то равновесия нет и, скамья опрокидывается.

Итак, в случае равновесия тела на опоре упругая сила опоры приложена не к одной точке, а распределена по основанию тела. Тело находится в равновесии, если вертикальная линия, проведенная через центр масс тела, проходит через площадь опоры, т. е. внутри контура, образованного линиями, соединяющими точки опоры. Если же эта линия не пересекает площадь опоры, то тело опрокидывается.

Интересным примером равновесия тела на опоре является падающая башня в итальянском городе Пиза (рис.10), которую по преданию использовал Галилей при изучении законов свободного падения тел. Башня имеет форму цилиндра высотой 55 м и радиусом 7 м. Вершина башни отклонена от вертикали на 4,5 м.

Вертикальная линия, проведенная через центр масс башни, пересекает основание приблизительно в 2,3 м от его центра. Таким образом, башня находится в состоянии равновесия. Равновесие нарушится и башня упадет, когда отклонение ее вершины от вертикали достигнет 14 м. По-видимому, это произойдет очень нескоро.

Падающая Пизанская башня. Точка C – центр масс, точка O – центр основания башни, CC’ – вертикаль, проходящая через центр масс.

Практически в большинстве случаев приходится встречаться только с положениями устойчивого равновесия, так как только в таких положениях тело, предоставленное самому себе, может оставаться сколько угодно времени, несмотря на случайные толчки. В противоположность этому, тело, помещенное в неустойчивое положение равновесия, удаляется от этого положения.

Можно так управлять условиями, в которых находится тело, что оно будет длительно оставаться вблизи положения неустойчивого равновесия, колеблясь вблизи него то в одну, то в другую сторону. Например, длинная палка, поставленная вертикально на пол, находится в неустойчивом положении равновесия и падает, как только мы отнимем от нее руку. Но палкой можно «балансировать», удерживая ее вблизи неустойчивого вертикального положения на конце пальца: для этого достаточно только слегка двигать рукой в ту же сторону, куда в данный момент наклоняется палка. Этим мы смещаем точку опоры и соответственно изменяем момент силы тяжести, который начинает отклонять палку в противоположном направлении. Конечно, такие движения нужно производить непрерывно, давая палке лишь слегка отклоняться то в одну, то в другую сторону под действием изменяющегося момента силы тяжести. При тренировке можно добиться такого точного управления моментами, что удается удерживать вблизи неустойчивого равновесия целые конструкции (жонглеры в цирке). Следя за игрой собственных ножных мускулов, можно заметить, что, стоя на одной ноге, мы практически находимся в состоянии неустойчивого равновесия: для того чтобы не упасть, все время приходится переносить вес тела то на пятку, то на носок.

Примеры проявления и учет равновесия

· У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка её опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры всегда наименьшее.

· Если тело подвешено на нити, то, как не изменяй его положение, оно будет стремиться занять положение устойчивого равновесия, когда линия, соединяющая центр тяжести тела и точку подвеса, принимает вертикальное положение. При этом центр тяжести всегда будет находиться ниже точки подвеса.

· Создатели архитектурных сооружений стремятся, чтобы созданные ими конструкции находились в состоянии устойчивого равновесия. Эйфелева башня в Париже, телевышки во всех странах мира имеют расширение при основании и смещенный вниз центр тяжести. Так Александрийская колонна на Дворцовой площади Санкт-Петербурга при её огромной высоте не имеет врытого в землю фундамента, а спокойно стоит на земле. И это состояние устойчивого равновесия объяснимо: смещенный вниз центр тяжести колонны

· В природе имеется множество примеров устойчивого равновесия в различных системах. Например, в экосистеме отношения хищник—жертва. Соотношение численностей замкнутых популяций хищников и их жертв достаточно быстро приходит в равновесное состояние — столько-то зайцев в лесу из года в год стабильно приходится на столько-то лис. Если по каким-либо причинам численность популяции жертв резко изменяется (например, из-за всплеска рождаемости зайцев), экологическое равновесие будет очень скоро восстановлено. Это будет происходить за счет быстрого прироста поголовья хищников, которые начнут истреблять зайцев ускоренными темпами, пока не приведут поголовье зайцев в норму и не начнут сами вымирать от голода, приводя в норму и собственное поголовье. В результате численности популяций и зайцев, и лис придут к норме, которая наблюдалась до всплеска рождаемости у зайцев. То есть в устойчивой экосистеме также действуют внутренние силы, стремящиеся вернуть систему в состояние устойчивого равновесия в случае отклонения системы от него.

· Примером неустойчивого природного равновесия служит тепловой баланс Земли при смене периодов глобального потепления новыми ледниковыми периодами и наоборот. Среднегодовая температура поверхности нашей планеты определяется энергетическим балансом между суммарным солнечным излучением, достигающим поверхности, и суммарным тепловым излучением Земли в космическое пространство. Неустойчивым этот тепловой баланс становится следующим образом. В какую-то зиму выпадает больше снега, чем обычно. На следующее лето тепла не хватает, чтобы растопить излишки снега, и лето оказывается также холоднее обычного вследствие того, что из-за переизбытка снега поверхность Земли отражает обратно в космос большую долю солнечных лучей, чем прежде. Из-за этого следующая зима оказывается еще более снежной и холодной, чем предыдущая, а следующим за ней летом на поверхности остается еще больше снега и льда, отражающего солнечную энергию в космос. Нетрудно увидеть, что чем больше такая глобальная климатическая система отклоняется от исходной точки теплового равновесия, тем быстрее нарастают процессы, уводящие климат еще дальше от нее. В конечном итоге, на поверхности Земли в приполярных областях за долгие годы глобального похолодания образуются многокилометровые напластования ледников, которые неумолимо продвигаются в направлении всё более низких широт, принося с собой на планету очередной ледниковый период.

· На перекрёстке статики и информационных технологий учёными-физиками сделано много полезных для каждого человека изобретений.

Разработано носимое на поясе устройство, помогающее больным людям сохранять равновесие, которое передаёт в наушники владельца определённые звуки, связанные с устойчивостью тела. Например, нота, звучащая в левом ухе, означает заваливание влево, при наклоне вперёд прозвучит более высокий звук, чем при наклоне назад, и т. д. Звуки указывают, в каком направлении происходит малейшее отклонение – это оперативное предупреждение позволяет немедленно исправить ситуацию и избежать падения.

Уже проходит испытание устройство для обуви, которое снижает риск падений в течение зимних месяцев, препятствуя скольжению почти всех типов обуви при ходьбе по льду и тем самым, сохраняя устойчивое равновесие тела человека. Новое решение проблемы выглядит так: на лодыжку надевается электронный браслет, отслеживающий устойчивость равновесия в пространстве и начинающий вибрировать при фиксировании опасного наклона; вибрация браслета – сигнал мозгу для изменения положения тела в целях сохранения равновесия. Человеку, привыкшему к такой сигнализации и реагирующему на неё почти рефлекторно, браслет заменит вестибулярный аппарат.

· Для сохранения в неизменном положении предметов при движении их опоры уже много столетий применяется так называемый карданов подвес – устройство, в котором центр тяжести тела располагают ниже осей, вокруг которых оно может вращаться. В качестве примера можно рассмотреть корабельную керосиновую лампу. При любой качке на море благодаря вращающемуся карданову подвесу лампа всегда сохраняет вертикальное положение.

Равновесие в танце.

Приобрести aplomb (апломб) – овладеть устойчивостью в танцах – вопрос центрального значения для всякого танцовщика. Aplomb вырабатывается в течение всех лет. Это понятие входит в число основных: правильно поставленный корпус – основа для всякого pas.

Вырабатывать aplomb начинают у палки: во время экзерсиса (Экзерсис, комплекс тренировочных упражнений в балете, способствующих развитию мышц, связок, воспитанию координации движений у танцовщика) корпус должен держаться прямо на ноге так, чтобы в любой момент можно было отпустить руку, которой держишься за палку, не потеряв равновесия. Это послужит задатком правильного исполнения экзерсиса и на середине зала.

Ступня ноги, стоящей на полу, не должна опираться на большой палец, а вес тела должен равномерно распределяться по всей ее поверхности. Корпус, который не стоит прямо на ноге, а наклоняется к палке, не вырабатывает Aplomb. Колоссальную роль в aplomb играет спина. Стержень устойчивости – позвоночник. Надо рядом самонаблюдений за ощущениями мускулатуры в области спины при различных движениях научиться его ощущать и овладеть им.

Я провела некоторые опыты.

1опыт: Волшебная коробка.

Поставим коробку на край стола и потихоньку двигаем её к краю. Когда центральная точка коробки сместится за край стола, коробка упадет.

Прикрепим пять монеток ко дну в ее углу. Снова потихоньку двигаем её, но так, чтобы сторона, где приклеены монеты, оставалась на столе.

Результат:

Коробка не упадет, когда её геометрический центр сместиться за край стола. До тех пор, пока часть коробки с монетами будет опираться на стол, коробка останется в равновесии.

Это потому, что когда коробка пустая, её центр массы находится в центральной части, и, если он сдвигается за пределы площади опоры, коробка падает, т. к. сила тяжести действует в этой точке. Когда приклеили монеты в угол коробки, центр массы сместился к этому месту. Поэтому коробка остается в равновесии до тех пор, пока центр массы

находится над опорной площадью.

2опыт: Хрупкие, но прочные!

Сварим два яйца вкрутую. Затем ножом разрезаем ровно посередине на две одинаковые половинки. Поставим скорлупки. Сверху на скорлупки положим две книги.

Результат:

Скорлупки хорошо выдерживают груз и не ломаются.

Это потому что вес книг давит на скорлупки по осям симметрии образуемых ими куполов. Поэтому нагрузки в скорлупе распределяются равномерно.

3опыт: Воробей на ветке

Вылепим воробья из пластилина. На нижнем конце проволоки, воткнутой в тело воробья, укрепим противовес. В тело воробья проволока должна входить позади лапок.

Результат:

При достаточно тяжелом грузе воробей будет отлично сидеть на пальце. И еще устойчивость равновесия зависит не только от веса, но и от положения груза.

4 опыт: А карандаш-то не падает!

5 опыт: Стопка книг

Как надо положить книги, чтобы составить наклонную стопку?

Стопка книг не рассыплется, если расставлять их так, чтобы центр тяжести всех книг, находящихся выше некоторой произвольно выбранной книги, лежал на вертикали, проходящей через эту книгу. Это условие должно выполняться для любой книги в стопке.

6 опыт: Как в цирке!

Если стол горизонтален и прочно стоит на полу, можно выстроить фигуру из «доминошек».

7 опыт: Ванька-встанька.

Если игрушку «ванька-встанька» положить на бок, то она поднимется. Где примерно находится ее центр тяжести?

У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Любое положение неваляшки является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка её опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры всегда наименьшее.

8 опыт: Устойчивые вилки.

В верхний конец пробки воткнуть две вилки и поставить ее на край горлышка бутылки с водой. При этом получается устойчивое равновесие.

Если взять бутылку и поворачивать так, чтобы из нее выливалась вода, то пробка с вилками сохраняет равновесие. Это потому, что вертикальная линия, проведенная через центр тяжести системы из пробки и вилок, проходит через точку опоры. Центр тяжести лежит ниже точки опоры, а при этом условии система находится в устойчивом равновесии.

9 опыт: Устойчивая линейка.

Будет ли находиться в положении устойчивого равновесия тонкая линейка, опирающаяся на цилиндрическую поверхность.

Да, т. к. центр тяжести линейки совпадает с точкой опоры.

Знания о равновесии тел нужны не только в повседневной жизни, но и в профессиональной деятельности, поскольку:

ü зная условия устойчивости тел, имеющих площадь опоры, определяют устойчивость различных видов кирпичной кладки, высотных сооружений, спортивных упражнений и танцевальных движений;

ü зная законы равновесия тел с закреплённой осью вращения, рассчитывают силы, действующие на различные части в механизмах и сооружениях, например, в железнодорожном транспорте при расчете условия, при котором тормозная колодка не проскальзывает, находят силы и их точки приложения, распределение нагрузок;

ü в связи и электроэнергетике определяют устойчивость закреплённых у основания столбов с натянутым тросом между их верхушками;

ü в пожарной технике определяют устойчивость высотной лестницы при максимальном угле с опорной стеной;

ü в торговле определяют массу тела по массе эталона с помощью рычажных весов;

ü даже деревья растут по законам статики, напоминая нам о том, что физика – наиболее общая наука о природе, её законы описывают все явления в природе

1. Большая книга экспериментов для школьников. М.: «Росмэн», 2004г.

3. Л. Гальперштейн «Здравствуй, физика!». М.: «Детская литература», 1972г.

4. Л. Гальперштейн «Забавная физика». М.: «Детская литература», 1993г.

5. «Занимательные опыты по физике». М.: «Просвещение», 1985г.

6. «Книга для чтения по физике». М.: «Просвещение», 1986г.

Источник