أهداف التعلم
مركز الجاذبية
يشير مركز ثقل الجسم إلى نقطة تطبيق القوة الناتجة نتيجة جاذبية الأرض. هذه هي النقطة التي يبدو أن كل وزن الجسم يعمل عليها. القوة الناتجة تسمى وزن الجسم. لإيجاد وزن جسم ، اضرب الكتلة في الجاذبية.
إن معرفة مركز ثقل الجسم أمر مهم لأنه يتنبأ بسلوك الجسم في حالة حركة عندما تؤثر عليه قوة الجاذبية. مركز الثقل مهم أيضًا في تصميم الهياكل الثابتة مثل الجسور والمباني.
في مجال الجاذبية المنتظم ، يكون مركز الجاذبية مشابهًا لمركز الكتلة . ومع ذلك ، يجب ملاحظة أن هاتين النقطتين لا تتطابق دائمًا. على سبيل المثال ، مركز كتلة القمر قريب جدًا من المركز الهندسي للقمر. ومع ذلك ، فإن مركز جاذبية القمر بعيد قليلاً عن مركز القمر باتجاه الأرض ، نتيجة لقوة الجاذبية الأقوى على الجانب القريب من القمر.
إذا كان جسم ما متماثلًا في الشكل ومصنوعًا من مادة متجانسة ، فإن مركز الثقل يتزامن مع المركز الهندسي للكائن. ومع ذلك ، بالنسبة للكائن غير المتماثل والمكون من مواد مختلفة لها كتل مختلفة ، فسيكون مركز الكتلة بعيدًا عن المركز الهندسي للكائن. في الأجسام المجوفة أو غير المنتظمة ، يقع مركز الثقل عند نقطة خارجية من الجسم.
الفرق بين مركز الثقل ومركز الكتلة
من الشائع أن يفترض الكثير من الناس أن مركز الثقل ومركز الكتلة متماثلان. ومع ذلك ، فإن الحقيقة هي أنهم مختلفون.
يشير مركز الكتلة إلى نقطة يكون فيها توزيع الكتلة متساويًا في جميع الاتجاهات. لا يعتمد مركز الكتلة على مجال الجاذبية. من ناحية أخرى ، فإن مركز الجاذبية هو النقطة التي يكون فيها وزن الجسم متساويًا في جميع الاتجاهات ، ويعتمد على مجال الجاذبية.
ومع ذلك ، يمكن أن يقع مركز الكتلة ومركز جاذبية جسم ما في نفس النقطة إذا كان مجال الجاذبية موحدًا.
من قام باكتشاف مركز الثقل؟
تم اكتشاف مركز الجاذبية من قبل أرخميدس من سيراكيوز.
ما هو تأثير مركز الثقل على التوازن؟
يحدد مركز الجاذبية ثبات الأجسام. الأجسام التي لها مركز جاذبية أقل تكون أكثر ثباتًا من الأجسام التي لها مركز جاذبية أعلى. الأشياء التي لها مركز جاذبية مرتفع جدًا تسقط عند دفعها. تتمتع سيارات السباق بمراكز جاذبية منخفضة لتمكينها من تجاوز الزوايا دون الانقلاب.
ماذا عن مركز الثقل في أجسامنا؟
في الوضع التشريحي لأجسامنا ، يقع مركز الثقل أمام الفقرة الثانية العجزية. ومع ذلك ، لاحظ أنه نظرًا لأن البشر لا يبقون في وضع تشريحي ثابت ، فإن الموقع الدقيق لمركز الجاذبية يتغير مع وضع الأطراف والجسم.
مركز ثقل الأشكال المنتظمة
الجسم المنتظم (الجسم الذي يتم توزيع وزنه بشكل موحد) له مركز جاذبيته يقع في المركز الهندسي للجسم. على سبيل المثال ، قاعدة المتر المنتظمة لها مركز جاذبيتها عند علامة 50 سم.
يمكن أيضًا تحديد مركز ثقل الأشكال العادية من خلال البناء. فمثلا؛
مثال
تتم موازنة قاعدة متر موحدة عند علامة 20 سم عندما يتم تعليق حمل 1.2N عند علامة الصفر. احسب وزن وكتلة قاعدة المتر.
المحلول
ابدأ برسم مخطط يوضح جميع القوى المؤثرة عليه.
عند التوازن (التوازن) ، مجموع العزم في اتجاه عقارب الساعة = مجموع العزم في عكس اتجاه عقارب الساعة
أثناء حساب لحظات اتجاه عقارب الساعة ، يجب أن تلاحظ أن وزن قاعدة العداد يؤثر على علامة 50 سم. اللحظات في اتجاه عقارب الساعة تساوي وزن قاعدة المتر مضروبًا في المسافة بين مركز قاعدة العداد ونقطة المحور. لذلك ، فإن اللحظات في اتجاه عقارب الساعة تساوي الوزن * 0.3 متر. اللحظات عكس اتجاه عقارب الساعة تساوي وزن الحمولة مضروبًا في المسافة بين الحمولة والمحور. لذلك ، فإن اللحظات عكس اتجاه عقارب الساعة تساوي 1.2 نيوتن * 0.2 متر.
W * 0.3 م = 1.2N * 0.2 م
0.3 واط = 0.24
W = 0.24 / 0.3 = 0.8N
إذن ، وزن قاعدة المتر هو 0.8 نيوتن.
تحديد رد الفعل على المحور:
إجمالي القوة الصاعدة = إجمالي القوة الهابطة
R = 1.2 + W
R = 1.2 + 0.8
R = 2 نيوتن
حالات التوازن
حالة التوازن . يشير هذا إلى حالة توازن الجسم. هذه الحالات من ثلاثة أنواع مختلفة ؛
شروط التوازن
العوامل المؤثرة على استقرار الجسم
هناك عاملان يؤثران على استقرار الجسم. هم انهم؛
تطبيق الاستقرار
