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

2. Наблюдайте поведение игрушки Ваньки-встаньки и объясните, почему она не падает (рис. 16.7).

Рис. 16.7

2. Игрушка «Ванька-встанька» не падает благодаря своему особому устройству, которое обеспечивает ей состояние устойчивого равновесия. Секрет её устойчивости заключается в расположении центра тяжести.

1. Внутри полого корпуса игрушки, в её нижней, полусферической части, закреплён тяжёлый груз. Из-за этого центр тяжести всей конструкции смещён вниз и располагается очень низко, ниже центра кривизны полусферического основания.

2. Когда игрушка стоит вертикально, её центр тяжести находится в самом низком из возможных положений. Такое положение тела называется положением устойчивого равновесия. Система всегда стремится занять положение с минимальной потенциальной энергией, что для Ваньки-встаньки соответствует вертикальному положению.

3. Если игрушку наклонить, её центр тяжести приподнимается. В этот момент сила тяжести, приложенная к центру тяжести, и сила реакции опоры, действующая на точку касания, создают вращающий момент. Этот момент стремится вернуть игрушку в исходное положение равновесия, где её потенциальная энергия минимальна.

Таким образом, при любом отклонении от вертикали возникает сила, возвращающая игрушку в исходное состояние. Игрушка будет возвращаться в вертикальное положение до тех пор, пока её не наклонят так сильно, что вертикаль, проведённая через центр тяжести, выйдет за пределы площади опоры, что для данной конструкции практически невозможно.

Ответ: «Ванька-встанька» не падает, потому что её центр тяжести смещён к основанию с помощью утяжелителя. Такое низкое расположение центра тяжести обеспечивает игрушке устойчивое равновесие. При наклоне центр тяжести поднимается, и возникает возвращающий момент сил, который всегда стремится вернуть игрушку в вертикальное положение с минимальной потенциальной энергией.