Знаходження центру мас (тяжіння)

Метод виска для визначення центру мас

Учні мають навчитися визначати центр маси (тяжіння) тіл правильної та неправильної форми.

1. З одного боку, вони повинні збалансувати тіла (наприклад, на кінчику олівця).
2. З іншого боку, вони повинні підтвердити свої результати за допомогою методу виска.

Визначення центру маси (тяжіння) має важливе значення для всіх великих технічних споруд (від автомобілів до кораблів і хмарочосів).

попередні знання

Оскільки цей експеримент, серед іншого, стосується рівноваги однорідних тіл, учні повинні вже виконати експеримент "Сила і протидія", щоб мати базове уявлення про рівновагу сил. Крім того, рекомендується мати базові знання про густину.

Принцип

Центр тяжіння (або центр мас) тіла - це середньозважене положення точок його мас. Для однорідного тіла (тобто з однаковою густиною) центр мас збігається з геометричним центром тяжіння. У фізиці поняття центру тяжіння служить для зведення складного, протяжного твердого тіла до однієї точки маси, наприклад, для спрощення розрахунку його траєкторії під дією сили.

Мета навчання

Учні повинні дізнатися, якими методами можна визначити центр маси (тяжіння) тіл правильної та неправильної форми.

Завдання

1. Учні мають визначити центр маси тіл правильної форми, балансуючи на кінчику олівця.
2. Учні повинні визначити центр маси тіл неправильної форми, використовуючи щонайменше два підвіси з різних точок підвісу.
3. Результати можна підтвердити іншим методом.

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.

Дівчинка на гойдалці одна

Всім відомо, що не можна розгойдатися, коли сидиш сам на кінці гойдалки. Однак, якщо Ви стоїте по центру над точкою опори, Ви можете втримати гойдалку в рівновазі. Причиною цього є зміщення центру тяжіння гойдалки відносно точки опори, оскільки Ви додаєте гойдалці масу свого тіла.

Крім того, центр маси (тяжіння) дуже важливий для багатьох технічних застосувань. Це і автомобілі, і кораблі, і хмарочоси.

У цьому експерименті Ви дізнаєтесь про два різні методи визначення центру маси (тяжіння) правильних і неправильних тіл.

У цьому експерименті Ви навчитеся експериментально визначати центр маси (тяжіння) правильних і неправильних тіл за допомогою двох методів:

1. Врівноваження тіла на опорі
2. Метод виска

• Наклейте роздрукований шаблон на аркуш картону.
• Виріжте фігури (№ 1-6).
• За допомогою олівця просвердліть невеликі отвори у вирізаних фігурах у зазначених точках, щоб кріпильний болт міг вільно обертатися. (В якості альтернативи можна використати дирокол або щось подібне).

Скручування штативних стрижнів

Основа штатива

Закріплення штативного стрижня в основі штатива

Щоб розібрати основу штатива, натисніть внутрішні кнопки, щоб звільнити фіксуючі гачки, і розтягніть половинки в сторони.

• Зрівноважте тіла 1 і 4 на гострому олівці і спробуйте знайти їхні центри мас якомога точніше.
• Позначте олівцем знайдений центр маси в кожному випадку.

• Підвісьте дві пласкі фігури з різними отворами на кріпильний болт.
• Прикріпіть кріпильний болт до подвійної муфти.
• Підвісьте тримач для важків з прорізами та шматком нитки (волосіні) на кріпильний болт.
• Перевірте, чи проходить нитка (волосінь) через Вашу позначку.

Метод виска для визначення центру маси тіла неправильної форми

• Тепер використовуйте тіла неправильної форми одне за одним.
• Повісьте фігуру за один з отворів на кріпильному болті.
• Позначте на ньому напрямок нитки (волосіні).
• Повторюйте цю процедуру щоразу, підвішуючи тіло на інші отвори.
• Перевірте, чи перетинаються ці лінії в одній точці.
• Перевірте, чи знаходяться тіла в рівновазі, коли Ви тримаєте олівець у точці перетину.