Задание 1, страница 209 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

Лабораторная работа №8

Нахождение центра масс плоской фигуры
(для внеклассной работы)

Цель работы: проверка правильности методов нахождения центра масс плоской фигуры, описанных в учебнике.

Приборы и материалы: ножницы, картон, штатив, нить (тонкая веревка), шило, груз (гиря лабораторная).

Задание 1. Нарисуйте на куске картона отпечаток от ладони левой руки и вырежьте его ножницами. У края фигуры в разных его точках сделайте шилом три отверстия. Подвесьте фигуру с помощью нити, продевая ее через одно из отверстий. Подвесьте туда же груз с помощью нити, прикрепленной к нему. Проведите на картоне линию действия силы тяжести без искажений.

Задание 1.

Для выполнения первого задания необходимо произвести следующие действия. Сначала на куске картона обрисовывается контур левой ладони, после чего полученная фигура аккуратно вырезается ножницами. Затем, используя шило, у края фигуры в трех разных местах делаются сквозные отверстия. Далее, продев нить в одно из отверстий, фигуру подвешивают на штативе так, чтобы она могла свободно качаться. Когда фигура придет в состояние равновесия, к этой же точке подвеса прикрепляют отвес (нить с грузом). После того как отвес успокоится, он указывает вертикальное направление. Вдоль этой нити на картонной фигуре проводится прямая линия.

С физической точки зрения, любое тело, подвешенное в одной точке, находится в состоянии устойчивого равновесия, когда его центр масс располагается на вертикальной линии под точкой подвеса. Это происходит потому, что в таком положении суммарный момент сил, действующих на тело, равен нулю. Сила тяжести $ \vec{F}_g $, приложенная к центру масс, и сила реакции в точке подвеса уравновешивают друг друга, не создавая вращательного момента ($ \vec{\tau} = 0 $). Отвес служит для точного определения этой вертикали. Таким образом, проведенная линия является геометрическим местом точек, на котором расположен центр масс.

Ответ: В результате выполнения Задания 1 на картонной фигуре проведена прямая линия, на которой находится центр масс фигуры.

Задание 2.

Второе задание, которое в тексте начинается со слов "Повторите опыт, продевая нить через другое отверстие", заключается в повторении описанной процедуры для второго из проделанных отверстий. Фигуру снимают со штатива, подвешивают за вторую точку и дожидаются равновесия. С помощью отвеса, прикрепленного к новой точке подвеса, на фигуре проводится вторая прямая линия.

Поскольку центр масс — это единственная точка, то он должен лежать на каждой из этих линий. Следовательно, искомый центр масс находится в точке пересечения двух проведенных линий. Таким образом, двух подвешиваний достаточно для определения его местоположения на плоскости.

Ответ: По итогам выполнения Задания 2 на фигуре проведена вторая линия. Точка пересечения первой и второй линий определяет положение центра масс плоской фигуры.

Проверка результата и вывод.

Для проверки точности определения центра масс и завершения работы следует выполнить еще несколько шагов. Во-первых, подвесить фигуру за третье отверстие и провести третью линию. В идеальных условиях она должна пройти через ту же точку пересечения, что и первые две. На практике из-за неизбежных погрешностей (например, трение нити, толщина линии) линии могут образовать небольшой треугольник. В этом случае центр масс находится в геометрическом центре этого треугольника.

Во-вторых, для окончательной проверки можно провести натурный тест. Если положить фигуру горизонтально на острие (например, кончик карандаша или шила), установив его точно в найденную точку центра масс, фигура должна остаться в равновесии и не падать. Это будет наглядным подтверждением того, что центр тяжести (совпадающий в однородном гравитационном поле с центром масс) найден верно.

Таким образом, данный экспериментальный метод является простым и наглядным способом проверки теоретических положений и практического нахождения центра масс плоских фигур сложной формы.

Ответ: Проверка осуществляется проведением третьей линии через третью точку подвеса и/или попыткой сбалансировать фигуру на острие в найденной точке центра масс. Успешный баланс подтверждает правильность результата.