Номер 5, страница 377 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Дополнительная глава. Элементы статики. Центр тяжести. Устойчивость равновесия - номер 5, страница 377.

Условие.

5. Расскажите об условии устойчивости тела на горизонтальной опоре.

Решение.

Устойчивость тела на горизонтальной опоре — это его способность сохранять равновесие и возвращаться в исходное положение после прекращения внешнего воздействия, которое вывело его из этого положения. Устойчивость зависит от двух ключевых факторов: высоты расположения центра тяжести тела и размера площади его опоры.

Основное условие устойчивости тела на горизонтальной опоре формулируется следующим образом: тело находится в состоянии устойчивого равновесия, если вертикальная линия, проведенная через его центр тяжести, проходит внутри площади опоры.

Рассмотрим подробнее понятия, входящие в это условие:

1. Центр тяжести. Это точка, к которой условно приложена равнодействующая всех сил тяжести, действующих на отдельные части тела. Положение центра тяжести зависит от формы тела и распределения массы по его объему.

2. Площадь опоры. Это область, ограниченная контуром, который соединяет все крайние точки, на которые тело опирается. Например, для стола на четырех ножках площадь опоры — это прямоугольник, соединяющий эти ножки. Для тела со сплошным основанием (как у куба) площадь опоры совпадает с площадью этого основания.

Когда тело находится в равновесии, сила тяжести, приложенная к центру тяжести, уравновешивается силой реакции опоры. Если мы наклоним тело, его центр тяжести сместится. Пока проекция центра тяжести на горизонтальную плоскость находится внутри площади опоры, момент силы тяжести относительно края опоры будет возвращающим, то есть он будет стремиться вернуть тело в исходное, устойчивое положение. Как только при дальнейшем наклоне проекция центра тяжести выйдет за пределы площади опоры, момент силы тяжести станет опрокидывающим, и тело потеряет устойчивость и упадет.

Следовательно, степень устойчивости тела можно повысить двумя способами:

• Понизить центр тяжести. Чем ниже расположен центр тяжести, тем на больший угол нужно отклонить тело, чтобы вертикаль из центра тяжести вышла за пределы площади опоры.
• Увеличить площадь опоры. Чем шире площадь опоры, тем сложнее вывести проекцию центра тяжести за её пределы.

Примером может служить гоночный автомобиль, который делают максимально низким (низкий центр тяжести) и с широкой колеей (большая площадь опоры) для максимальной устойчивости на высоких скоростях.

Ответ: Для того чтобы тело было устойчивым на горизонтальной опоре, необходимо, чтобы вертикаль, опущенная из центра тяжести тела, проходила внутри площади опоры. Устойчивость тела тем выше, чем ниже его центр тяжести и чем больше площадь его опоры.