Номер 2, страница 106, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

2. Изготовьте игрушку Неваляшку, используя обычное куриное яйцо (рис. 16.8), (подумайте, как это сделать и какие материалы для этого нужны) и проведите ряд опытов с ней.

Рис. 16.8

2. Изготовьте игрушку Неваляшку, используя обычное куриное яйцо (рис. 16.8), (подумайте, как это сделать и какие материалы для этого нужны) и проведите ряд опытов с ней.

Решение:

Для выполнения задания необходимо сначала изготовить игрушку "Неваляшка" из яйца, а затем объяснить принцип ее работы на основе проведенных опытов.

Этап 1: Изготовление игрушки

Необходимые материалы: сырое куриное яйцо, толстая игла или шило, миска, утяжелитель (пластилин, парафин и свинцовая дробь, плотный песок), клей, маленький кусочек бумаги или скотч.

Порядок действий:

1. С помощью иглы или шила аккуратно проделайте два небольших отверстия в скорлупе на противоположных концах яйца.

2. Через одно из отверстий выдуйте содержимое яйца (белок и желток) в заранее подготовленную миску.

3. Промойте пустую яичную скорлупу водой и дайте ей полностью высохнуть изнутри.

4. Через отверстие (можно его немного расширить) поместите утяжелитель в нижнюю, более широкую часть яйца. Например, можно плотно утрамбовать на дне кусочек пластилина, в который вдавлена металлическая гайка, или залить на дно растопленный парафин. Главная задача – максимально сместить центр масс вниз.

5. Аккуратно заклейте отверстия кусочком бумаги или скотчем. Игрушка готова.

Этап 2: Проведение опытов и объяснение

Поставьте изготовленную Неваляшку на ровную горизонтальную поверхность. Она займет строго вертикальное положение. Теперь, если ее наклонить в любую сторону и отпустить, она, совершив несколько затухающих колебаний, вернется в исходное вертикальное положение. Даже если положить ее на бок, она сама поднимется.

Это поведение объясняется тем, что игрушка находится в состоянии устойчивого равновесия. Положение равновесия тела является устойчивым, если при малейшем отклонении от этого положения возникает сила (или момент сил), которая стремится вернуть тело обратно.

Ключевую роль в этом играет положение центра тяжести — воображаемой точки, к которой приложена равнодействующая всех сил тяжести, действующих на тело. Благодаря утяжелителю в основании, центр тяжести нашей игрушки находится очень низко.

Когда мы наклоняем Неваляшку, ее центр тяжести поднимается. Потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли определяется формулой $U = mgh$, где $\text{m}$ – масса тела, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – высота центра тяжести над уровнем опоры. При увеличении высоты $\text{h}$ потенциальная энергия $\text{U}$ возрастает. Любая физическая система стремится занять положение с минимальной потенциальной энергией. Поэтому сила тяжести, приложенная к смещенному вверх центру тяжести, создает возвращающий момент силы относительно точки опоры. Этот момент вращает игрушку до тех пор, пока она не вернется в вертикальное положение, где ее центр тяжести находится на минимально возможной высоте, а потенциальная энергия, соответственно, минимальна.

Ответ: Чтобы изготовить Неваляшку, нужно опустошить яичную скорлупу и поместить на ее дно груз (пластилин, парафин, песок). Это сместит центр тяжести игрушки вниз. При наклоне Неваляшки ее центр тяжести поднимается, а потенциальная энергия возрастает. Возникающий при этом момент силы тяжести стремится вернуть игрушку в первоначальное положение устойчивого равновесия, которому соответствует минимальная потенциальная энергия.