Back to the topics list

равновесие и центр тяжести

Цели обучения

• Понять значение центра тяжести.
• Понимание элементов равновесия и центра тяжести

Центр гравитации

Центр тяжести тела относится к точке приложения равнодействующей силы в результате притяжения земли. Именно на эту точку действует весь вес тела. Возникающая при этом сила называется весом тела. Чтобы найти вес объекта, умножьте массу на силу тяжести.

Знание центра тяжести объекта важно, поскольку оно предсказывает поведение тела в движении, когда на него действует сила тяжести. Центр тяжести также важен при проектировании статических конструкций, таких как мосты и здания.

В однородном гравитационном поле центр тяжести подобен центру масс . Однако следует отметить, что эти два пункта не всегда совпадают. Например, центр масс Луны очень близок к геометрическому центру Луны. Однако центр тяжести Луны немного удален от центра Луны по направлению к Земле из-за более сильной гравитационной силы на ближней стороне Луны.

Если предмет симметричен по форме и сделан из однородного материала, то центр тяжести совпадает с геометрическим центром предмета. Однако для асимметричного объекта, состоящего из разных материалов с разной массой, центр масс будет удален от геометрического центра объекта. В телах неправильной формы или полых телах центр тяжести расположен в точке вне объекта.

Разница между центром тяжести и центром масс

Многие люди считают, что центр тяжести и центр масс — это одно и то же. Однако правда в том, что они разные.

Центр масс относится к точке, в которой распределение массы одинаково во всех направлениях. Центр масс не зависит от поля тяжести. С другой стороны, центр тяжести — это точка, в которой вес объекта одинаков во всех направлениях и зависит от поля тяжести.

Однако центр масс и центр тяжести объекта могут лежать в одной и той же точке, если гравитационное поле однородно.

Кто открыл центр тяжести?

Центр тяжести был открыт Архимедом Сиракузским.

Как центр тяжести влияет на равновесие?

Центр тяжести определяет устойчивость объектов. Объекты с более низким центром тяжести более устойчивы, чем объекты с более высоким центром тяжести. Предметы с очень высоким центром тяжести опрокидываются при толчке. Гоночные автомобили имеют низкий центр тяжести, что позволяет им преодолевать повороты, не переворачиваясь.

А как насчет центра тяжести в нашем теле?

При анатомическом положении нашего тела центр тяжести располагается впереди 2- ^го крестцового позвонка. Однако обратите внимание, что, поскольку люди не остаются в анатомически фиксированном положении, точное расположение центра тяжести меняется в зависимости от положения конечностей и тела.

Центр тяжести правильных форм

Однородное тело (тело, вес которого распределен равномерно) имеет центр тяжести, расположенный в геометрическом центре тела. Например, однородная метровая линейка имеет центр тяжести на отметке 50 см.

Центр тяжести правильных форм также может определяться конструкцией. Например;

• Для прямоугольных и квадратных объектов строятся диагональные линии. Центр тяжести – это точка пересечения этих двух диагоналей.
• Для треугольных тел строим перпендикулярные биссектрисы сторон. Центр тяжести – это точка пересечения трех линий.
• Для круглых тел строятся диаметры. Центр тяжести – точка пересечения этих линий.

Пример

Равномерное правило метра уравновешивается на отметке 20 см, когда на нулевой отметке подвешен груз 1,2 Н. Рассчитайте вес и массу метра.

Решение

Начните с рисования диаграммы, показывающей все силы, действующие на нее.

В состоянии равновесия (равновесия) сумма моментов по часовой стрелке = сумма моментов против часовой стрелки.

При расчете моментов по часовой стрелке следует учитывать, что вес измерительного правила действует на отметке 50 см. Моменты по часовой стрелке равны весу линейки, умноженной на расстояние между центром линейки и точкой поворота. Следовательно, момент по часовой стрелке равен весу * 0,3 метра. Момент против часовой стрелки равен весу груза, умноженному на расстояние между грузом и осью вращения. Следовательно, момент против часовой стрелки равен 1,2 ньютона * 0,2 метра.

Ш * 0,3 м = 1,2 Н * 0,2 м

0,3 Вт = 0,24

Ш = 0,24/0,3 = 0,8 Н

Следовательно, вес правила метра равен 0,8 ньютона.

Определить реакцию на опору:

Суммарная восходящая сила = общая направленная вниз сила

Р = 1,2 + Вт

R= 1,2 + 0,8

R = 2 Ньютона

Состояния равновесия

РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ . Это относится к состоянию равновесия тела. Эти состояния бывают трех разных типов;

• Стабильное равновесие . Говорят, что тело находится в этом состоянии, если оно возвращается в исходное положение после небольшого смещения. Воронка не опрокидывается, потому что линия действия веса приходится на основание воронки. Это применяется в современных автобусах, где багажные отделения расположены в нижней части, чтобы понизить положение центра тяжести. Это помогает повысить устойчивость автобуса.
• Неустойчивое равновесие . Говорят, что тело находится в таком состоянии, если после небольшого смещения оно не возвращается в исходное положение, а занимает новое положение. Автобусы, которые перевозят тяжелый багаж на верхнем багажнике, поднимают положение центра тяжести. Это делает автобус неустойчивым.
• Нейтральное равновесие . Говорят, что тело находится в этом состоянии, если оно при небольшом смещении занимает новое положение, аналогичное исходному положению.

Условия равновесия

• Сумма моментов по часовой стрелке относительно любой точки равна сумме моментов против часовой стрелки относительно той же точки.
• Сумма сил, действующих на тело в одном направлении, равна сумме сил, действующих на тело в противоположном направлении.

Факторы, влияющие на устойчивость тела

Два фактора влияют на устойчивость тела. Они есть;

• Базовая часть тела. Тела с более широким основанием более устойчивы. Узкие основания имеют меньшую устойчивость.
• Положение центра тяжести. Тела более устойчивы, когда центр тяжести находится ниже.

Применение стабильности

• Контейнеры для жидкостей, такие как лабораторные конические колбы, с широким дном для повышения устойчивости.
• Автомобильные приложения. Например, гоночные автомобили имеют более широкие колеса и более низкое расположение центра тяжести, чем обычные автомобили.
• Большинство автобусов перевозят свой груз ниже уровня пассажиров, а не на багажнике на крыше, чтобы снизить центр тяжести.
• Аэронавтика. Самолеты спроектированы таким образом, что центр тяжести попадает в заданный предел, чтобы сделать их устойчивыми. Это облегчает им маневрирование
• Движение тела. Движение тела также зависит от центра тяжести. Понимая центр тяжести и устойчивость, мы лучше понимаем человеческое передвижение.