Номер 347, страница 44 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

7 класс. Взаимодействие тел. 14. Динамометр. Сложение двух сил, направленных по одной прямой. Равнодействующая сил - номер 347, страница 44.

Решение.

Решение

Такое поведение велосипедного колеса объясняется его неуравновешенностью и стремлением системы занять положение с минимальной потенциальной энергией. Если бы колесо было идеально сбалансировано, его центр масс совпадал бы с осью вращения. В этом случае сила тяжести не создавала бы вращающего момента, и колесо находилось бы в состоянии безразличного равновесия, то есть оставалось бы неподвижным в любом положении.

Однако клапан (ниппель) шины имеет массу, которая нарушает идеальную симметрию распределения масс в колесе. Эта дополнительная масса смещает общий центр масс колеса от его геометрического центра (оси) в сторону ниппеля.

Когда такое несбалансированное колесо предоставлено самому себе, на него действует сила тяжести. Эта сила приложена к центру масс. Поскольку центр масс не находится на оси вращения, сила тяжести создает вращающий момент (момент силы), который заставляет колесо вращаться. Вращение будет продолжаться до тех пор, пока колесо не достигнет положения устойчивого равновесия. Это положение соответствует минимуму потенциальной энергии системы ($U_{п} = mgh$), что достигается, когда центр масс находится в самой низкой возможной точке, то есть вертикально под осью вращения. Так как центр масс смещен в сторону ниппеля, именно ниппель и оказывается внизу.

Ответ: Переднее колесо велосипеда поворачивается так, что клапан (ниппель) опускается вниз, потому что масса ниппеля нарушает баланс колеса, смещая его центр масс от оси вращения в свою сторону. Под действием силы тяжести колесо стремится занять положение устойчивого равновесия, при котором его центр масс находится в самой нижней точке, что и приводит к опусканию ниппеля вниз.