Номер 12, страница 222, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механика. Глава IV. Статика. Параграф 23. Центр тяжести. Виды равновесия - номер 12, страница 222.

Условие.

12. Призма, конус, пирамида и цилиндр находятся на горизонтальной поверхности.

a) Какие из этих фигур могут находиться в состоянии устойчивого равновесия?

б) Какие из этих фигур могут находиться в состоянии неустойчивого равновесия?

в) Какие из этих фигур могут находиться в состоянии безразличного равновесия?

Решение 2.

а) Какие из этих фигур могут находиться в состоянии устойчивого равновесия?
Устойчивое равновесие – это состояние, в котором потенциальная энергия тела минимальна. Для тела, находящегося на горизонтальной поверхности, это означает, что его центр тяжести находится в самом низком из возможных положений. При небольшом отклонении от этого положения центр тяжести тела поднимается, и возникающая составляющая силы тяжести стремится вернуть тело в исходное положение равновесия.
Все перечисленные фигуры могут находиться в состоянии устойчивого равновесия. Для этого их необходимо разместить на поверхности так, чтобы площадь опоры была максимальной, а центр тяжести — как можно ниже:
• Призма, конус, пирамида и цилиндр, поставленные на свои основания, находятся в состоянии устойчивого равновесия.
• Призма также будет устойчива, если её положить на одну из боковых граней.
Таким образом, все перечисленные фигуры могут находиться в состоянии устойчивого равновесия.
Ответ: Призма, конус, пирамида и цилиндр.

б) Какие из этих фигур могут находиться в состоянии неустойчивого равновесия?
Неустойчивое равновесие – это состояние, в котором потенциальная энергия тела максимальна. Для тела на горизонтальной поверхности это означает, что его центр тяжести находится в самом высоком из возможных положений. При малейшем отклонении от такого положения центр тяжести опускается, и тело переходит в более устойчивое положение, не возвращаясь в исходное.
Все перечисленные фигуры могут быть приведены в состояние неустойчивого равновесия:
• Призму можно сбалансировать на ребре или вершине.
• Конус и пирамиду можно сбалансировать на их вершинах.
• Цилиндр можно сбалансировать на ребре его круглого основания.
Во всех этих случаях центр тяжести находится в наивысшей точке, что соответствует неустойчивому равновесию.
Ответ: Призма, конус, пирамида и цилиндр.

в) Какие из этих фигур могут находиться в состоянии безразличного равновесия?
Безразличное равновесие – это состояние, при котором потенциальная энергия тела остается постоянной при его перемещении из положения равновесия. Для тела на горизонтальной поверхности это означает, что высота его центра тяжести не изменяется при смещении.
• Призма и пирамида являются многогранниками. При их перекатывании по поверхности центр тяжести будет то подниматься, то опускаться. Следовательно, они не могут находиться в состоянии безразличного равновесия.
• Цилиндр, лежащий на боковой поверхности, при перекатывании вдоль своей оси по прямой линии движется так, что его центр тяжести всегда остается на одной и той же высоте. Это является примером безразличного равновесия.
• Конус, лежащий на боковой поверхности, также может находиться в состоянии безразличного равновесия. При его перекатывании (когда вершина остается на месте, а основание описывает окружность) его центр тяжести движется по окружности в горизонтальной плоскости, то есть его высота не меняется.
Ответ: Конус и цилиндр.