Номер 11, страница 110 - гдз по физике 7 класс тесты Чеботарева

Глава 4. Работа и мощность. Энергия. Центр тяжести тела. Условия равновесия тел - номер 11, страница 110.

Решение.

Решение

Рассмотрим условия для различных видов равновесия тела, которое может вращаться вокруг неподвижной оси.

Равновесие тела является устойчивым, если при малом отклонении от положения равновесия возникают силы или моменты сил, стремящиеся вернуть тело в исходное положение. Это происходит, когда центр тяжести тела в положении равновесия занимает наинизшее возможное положение. В этом случае потенциальная энергия тела $U = mgh$ минимальна, где $\text{h}$ – высота центра тяжести.

Проанализируем предложенные варианты расположения оси вращения относительно центра тяжести:

1) Ось вращения расположена выше центра тяжести.

В этом случае центр тяжести находится под осью вращения. Любое отклонение тела из этого положения приведет к подъему центра тяжести и увеличению его потенциальной энергии. Сила тяжести, приложенная к центру тяжести, создаст вращающий момент, который будет стремиться вернуть тело в исходное положение с минимальной потенциальной энергией. Это соответствует условию устойчивого равновесия. Классическим примером является маятник.

2) Ось вращения расположена ниже центра тяжести.

В этом положении центр тяжести находится над осью вращения. При малейшем отклонении центр тяжести опускается, его потенциальная энергия уменьшается. Возникающий момент силы тяжести будет способствовать дальнейшему отклонению тела от положения равновесия, а не возвращать его обратно. Такое равновесие называется неустойчивым. Пример – стержень, стоящий вертикально на острие.

3) Ось вращения проходит через центр тяжести (на одном уровне).

Если ось вращения проходит через центр тяжести, то при любом повороте тела высота центра тяжести не изменяется, и его потенциальная энергия остается постоянной. Тело, выведенное из положения равновесия, останется в новом положении. Такое равновесие называется безразличным. Пример – колесо, вращающееся на оси, проходящей через его центр.

Таким образом, для того чтобы тело находилось в устойчивом равновесии, его ось вращения должна быть расположена выше центра тяжести.

Ответ: 1