Номер 3, страница 129, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Простые механизмы. «золотое правило» механики. Параграф 79. Центр тяжести и равновесие тел - номер 3, страница 129.

Условие.

3. Как центр тяжести влияет на устойчивость тела?

Решение.

Центр тяжести — это точка, к которой условно приложена равнодействующая всех сил тяжести, действующих на отдельные части тела. Положение этого центра напрямую влияет на устойчивость тела, то есть на его способность возвращаться в исходное положение равновесия после прекращения внешнего воздействия, выводящего его из этого положения.

Влияние центра тяжести на устойчивость определяется двумя основными факторами:

Высота положения центра тяжести
Чем ниже расположен центр тяжести тела, тем оно более устойчиво. Это связано с тем, что для того, чтобы опрокинуть тело, необходимо поднять его центр тяжести. Работа, которую нужно совершить для этого, равна изменению потенциальной энергии тела: $A = \Delta U = mg\Delta h$, где $\text{m}$ — масса тела, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\Delta h$ — изменение высоты центра тяжести. Если центр тяжести изначально находится низко, то для достижения положения неустойчивого равновесия (когда тело начнет падать) его нужно поднять на бо́льшую высоту. Следовательно, потребуется совершить бо́льшую работу, что и означает бо́льшую устойчивость.
Пример: гоночные автомобили специально делают очень низкими, чтобы их центр тяжести был как можно ближе к земле, что обеспечивает им высокую устойчивость на поворотах. Игрушка-неваляшка всегда возвращается в вертикальное положение из-за смещенного вниз центра тяжести.

Проекция центра тяжести на площадь опоры
Тело находится в состоянии устойчивого равновесия до тех пор, пока вертикальная линия, проведенная через его центр тяжести, проходит внутри площади опоры. Площадь опоры — это контур, образованный точками опоры тела. Как только эта вертикаль выходит за пределы площади опоры, возникает опрокидывающий момент силы тяжести, и тело теряет равновесие.
Пример: человек стоит более устойчиво, когда расставляет ноги, так как это увеличивает площадь опоры. Пизанская башня не падает именно потому, что вертикаль, опущенная из её центра тяжести, все еще не выходит за пределы её фундамента (площади опоры).

Таким образом, для максимальной устойчивости тело должно иметь как можно более низкий центр тяжести и как можно более широкую площадь опоры.

Ответ: Устойчивость тела тем выше, чем ниже расположен его центр тяжести и чем шире его площадь опоры. Для сохранения равновесия необходимо, чтобы вертикальная линия, проведенная через центр тяжести тела, не выходила за пределы площади его опоры.