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

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 I

3) Wnioski:

a) przygotować łyżkę i wideleci przełożyć dwa środkowe ząbki od widelca przez łyżkę, a dwa pozostałe przełożyć po drugiej stronie jak na zdjęciu

DOŚWIADCZENIE II

1) Potrzebne: łyżka, widelec, szklana butelka, zapałka

2) Opis przebiegu doświadczenia:

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

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.

5) Treści uzupełniające:

DOŚWIADCZENIE II

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. 

5) Środek ciężkości, a środek masy

DOŚWIADCZENIE II

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. 

5) Co to jest środek masy?

DOŚWIADCZENIE II

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.

5) Wyznaczanie środka ciężkości – zastosowanie

DOŚWIADCZENIE II

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.

6) Interpretacja fizyczna:

DOŚWIADCZENIE II

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 !

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

7) Linki: