Экспериментальные задания, страница 209 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Экспериментальные задания

Определите центр масс тел неправильной формы, например транспортира.

Для экспериментального определения центра масс плоского тела неправильной формы, например транспортира, используется метод подвешивания. Этот метод основан на том, что свободно подвешенное тело приходит в состояние равновесия, когда его центр масс находится на вертикальной прямой, проходящей через точку подвеса.

Для проведения эксперимента потребуются следующие предметы:
- Исследуемый объект (транспортир или другая плоская фигура).
- Точка опоры, позволяющая объекту свободно вращаться (например, гвоздь, игла или зажим на лабораторном штативе).
- Отвес (нитка с небольшим грузом на конце).
- Карандаш или маркер.
- Инструмент для проделывания отверстий (шило или толстая игла).

Порядок действий для нахождения центра масс следующий:
1. Проделайте в объекте (транспортире) небольшое отверстие вблизи его края. Важно, чтобы объект мог свободно качаться вокруг этой точки.
2. Подвесьте объект за это отверстие на опору.
3. Дождитесь, пока объект перестанет качаться и займет устойчивое положение равновесия.
4. Не снимая объект, подвесьте отвес на ту же точку опоры. Когда груз на отвесе успокоится, нить будет указывать строго вертикальное направление.
5. Аккуратно проведите на поверхности объекта линию вдоль нити отвеса. Центр масс объекта находится где-то на этой линии.
6. Снимите объект с опоры. Проделайте второе отверстие в другой его части, на достаточном расстоянии от первого.
7. Повторите шаги 2–5, подвесив объект за второе отверстие. В результате на объекте будет начерчена вторая линия.
8. Точка пересечения двух проведенных линий является искомым центром масс.
Для проверки и увеличения точности можно проделать третье отверстие и повторить процедуру. Третья линия должна будет пройти через ту же точку пересечения.

Физическое обоснование метода заключается в следующем. На подвешенное тело в состоянии равновесия действуют две силы: сила тяжести $F_g$, приложенная к центру масс тела и направленная вертикально вниз, и сила реакции опоры $\text{N}$, приложенная в точке подвеса и направленная вверх. Для того чтобы тело находилось в равновесии (не вращалось), моменты этих сил относительно любой оси должны быть равны нулю. Это условие выполняется, когда обе силы лежат на одной прямой. Таким образом, центр масс всегда располагается на вертикали, проходящей через точку подвеса. Отвес используется для точного определения этой вертикали.

Ответ: Центр масс тела неправильной формы определяется экспериментально как точка пересечения двух или более вертикальных линий, проведенных на теле, когда оно свободно подвешено за разные точки поочередно.