G-3-NYS-OPO ZES_NR_4_Wiktor Rewolte_Patryk Jamróz_1f
Transkrypt
G-3-NYS-OPO ZES_NR_4_Wiktor Rewolte_Patryk Jamróz_1f
WYZNACZANIE ŚRODKA CIĘśKOŚCI Dział fizyki: Mechanika bryły sztywnej DOSWIADCZENIE 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 3) Wnioski: Punkt stabilnego podparcia (takŜe stabilnego zawieszenia) przedmiotów symetrycznych jest połoŜony pod (lub nad) środkiem geometrycznym. Dla ciał symetrycznych taki punkt jest łatwo znaleźć. Środek cięŜkości znajduje się dokładnie nad punktem stabilnego podparcia (lub pod punktem stabilnego zawieszenia), pokrywa się ze środkiem geometrycznym i łatwo go obliczyć. DuŜo trudniej obliczyć, gdzie znajduje się środek cięŜkości dla ciał niesymetrycznych. DOSWIADCZENIE II 1) Potrzebne: łyŜka, widelec, szklana butelka, zapałka. 2) Opis przebiegu doświadczenia: a. przygotować łyŜkę i widelec i przełoŜyć dwa środkowe ząbki od widelca przez łyŜkę, a dwa pozostałe przełoŜyć po drugiej stronie jak na zdjęciu b. przełoŜyć zapałkę poprzez jeden środkowy i jeden ząbek po drugiej stronie łyŜki. c. postawić butelkę, a następnie połoŜyć drugi koniec zapałki na skraju gwintu. d. znaleźć środek cięŜkości układu ciała, tak aby łyŜka i widelec nie przewróciły się, tylko wisiały na zapałce opartej na gwincie butelki. 3) Obserwacje: Układ: łyŜka - widelec zachowują równowagę i nie przewracają się. Wiszą na zapałce opartej na gwincie butelki. 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, gdyŜ nie tak łatwo jest odpowiednie miejsce znaleźć. Najczęściej tylko jeden punkt (czasem nieco rozciągły, jeśli samo podparcie jest szerokie) pozwoli nam na wykonanie załoŜonego zadania. Punkt stabilnego podparcia przedmiotów nieregularnych jest przesunięty w stronę obszaru o większym cięŜarze. Dla ciał niesymetrycznych taki punkt nie jest łatwo doświadczalnie znaleźć i nie jest łatwo obliczyć. DuŜo łatwiej jest stabilnie podeprzeć przedmiot o symetrycznych kształtach. Znaleziony środek cięŜkości pokrywa się ze środkiem masy. Ogólnie, moŜemy wyróŜnić 3 rodzaje równowagi: • • • chwiejna – gdy środek cięŜkości znajduje się nad punktem podparcia obojętna – gdy środek cięŜkości znajduje się w punkcie podparcia stała – gdy środek cięŜkości znajduje się poniŜej punktu podparcia Wnioskujemy, Ŝe w naszym doświadczeniu środek masy znajduje się poniŜej punktu podparcia i jest przesunięty w kierunku układu widelec-łyŜka (równowaga stała). 5) Treści uzupełniające: Punkt stabilnego podparcia (takŜe zawieszenia) ciała - to taki punkt, w którym ciało nie ma tendencji do przekręcania się pod wpływem sił cięŜkości. Punkt stabilnego podparcia jest ściśle związany ze środkiem cięŜkości ciała. Punkt podparcia (lub zawieszenia) spełniający warunek stabilności (nie przewracania się, nie przekręcania pod wpływem działającej siły cięŜkości) utrzymywanego przedmiotu musi znajdować się dokładnie nad, lub pod środkiem cięŜkości. Środek cięŜkości ciała - to taki szczególny punkt (czasami moŜe on nawet nie zawierać się w obrębie ciała), Ŝe po podparciu w tym punkcie za pomocą siły przeciwnej do siły grawitacji (równowaŜącej tę grawitację), grawitacja nie spowoduje obrotu tego ciała. I to bez względu na początkowe ustawienie - nachylenie. Środek cięŜkości, a środek masy Niemal zawsze środek cięŜkości pokrywa się ze środkiem masy (wyjątek zdarzyłby się dopiero w niejednorodnym - czyli prawie niemoŜliwym do zaobserwowania "normalnie" polu grawitacyjnym). Pojęcie środka masy jest nieco ogólniejsze od pojęcia środka cięŜkości, bo ciało ma środek masy zawsze – bez względu na to, czy działa na nie siła grawitacji. Np. w stanie niewaŜkości trudno jest mówić o środku cięŜkości, bo cięŜkości ciała nie mają, natomiast środek masy jest niezmieniony. Co to jest środek masy? Pojęcie środka masy jest nieco ogólniejsze od pojęcia środka cięŜkości, bo ciało ma środek masy zawsze – bez względu na to, czy działa na nie siła grawitacji. Np. w stanie niewaŜkości trudno jest mówić o środku cięŜkości, bo cięŜkości ciała nie mają, natomiast środek masy jest niezmieniony. Niemal zawsze środek cięŜkości pokrywa się ze środkiem masy (wyjątek zdarzyłby się dopiero w niejednorodnym - czyli prawie niemoŜliwym do zaobserwowania "normalnie" - polu grawitacyjnym). Środek masy jest powszechnie uŜywanym pojęciem związanym z bryłami, ciałami sztywnymi (ale nie tylko z nimi). Pojęcie środka masy jest bardzo uŜyteczne, gdyŜ pozwala na dobre uproszczenie opisu ruchu układu składającego się z wielu ciał. Zamiast rozpatrywać poszczególne ruchy duŜej ilości ciał, wystarczy w wielu przypadkach rozwaŜyć jedynie ruch jednego punktu będącego środkiem mas układu tych ciał. Dzięki temu pojęciu w wielu sytuacjach skomplikowany ruch bryły daje się opisać wygodnie jako złoŜenie ruchu punktu materialnego i obrotu. Wyznaczanie środka cięŜkości – zastosowanie Dzięki wyznaczeniu środka cięŜkości moŜna określić warunki równowagi mechanicznej dla ciała sztywnego. Jest to istotne przy budowach np. mostów, wieŜ oraz w wielu urządzeniach technicznych np. karuzel, statków , samolotów. 6) Interpretacja fizyczna: Środek cięŜkości - jest to punkt, w którym jest zaczepiona siła przedstawiająca cięŜar danego ciała, i pokrywa się on ze środkiem sił równoległych, które reprezentują elementarne siły cięŜkości, tj. siły przyciągania cząstek ciała materialnego przez kulę ziemską, skierowane pionowo do środka ziemi. Łatwo zauwaŜyć, Ŝe środek cięŜkości przedmiotów symetrycznych znajduje się w ich środku geometrycznym. Jeśli podeprzemy ciało obok środka cięŜkości: Jeśli ciało podeprzemy obok środka cięŜkości, to w większości połoŜeń będzie się ono przekręcało albo przewracało (lub miało skłonność do przekręcania). Wynika to z faktu, Ŝe siła cięŜkości działająca z jednej strony tego ciała będzie większa, niŜ z drugiej i cięŜar owej masy przewaŜy. Efekt ten moŜe być osiągnięty zarówno poprzez większą ilość masy, lub tym, Ŝe masa ta jest połoŜona dalej od punktu podparcia. Linki: http://pl.wikipedia.org/wiki/%C5%9Arodek_ ci%C4%99%C5%BCko%C5%9Bci http://www.matthewz.republika.pl/statyk14.h tm http://neur.am.put.poznan.pl/salata/srodki_ciezkosci_cial_jednorodnych.pdf Literatura: Fizyka tom 1, - R. Resnick-D. Halliday Skład zespołu: Patryk Jamróz kl. 1f, Wiktor Rewolte kl. 1f Szkoła: Gimnazjum nr 3 w Nysie – ul. Kościuszki 10 48-300 Nysa Nauczyciel: Beata Krzan Nazwa grupy: G-3-NYS-OPO numer grupy: 4